Gamma-ray burst

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Splendore e violenza del cosmo in un lampo di luce

Era il 1967, piena Guerra Fredda. Come meduse trasportate dalla corrente, i satelliti Vela cominciarono a vagare sull’orbita terrestre, scrutando il mondo alla ricerca di segnali. Pochi anni prima, Stati Uniti, URSS e Regno Unito avevano firmato un accordo per bandire gli esperimenti nucleari. Tuttavia, gli statunitensi, temendo che i sovietici continuassero in segreto lo sviluppo delle armi nucleari, mandarono in orbita dei satelliti per monitorare le radiazioni gamma generate da eventuali test atomici.

Nessun segnale, però, giunse mai dal sasso verde-azzurro; ma quando lo sguardo metallico di quei cubicoli pentapiramidali si posò sul buio sconfinato e tetro del cosmo, per alcuni attimi qualcosa barbagliò dalle profonde oscurità. “Cosa saranno mai, – chiedeva forse Vela 3 a Vela 4 – quelle lucciole che vagano nella notte desolata e fredda?” e l’altro, forse, rispondeva: “È il furore di Dio che mondi distrugge, che altri ne crea”. I satelliti Vela, per la prima volta nella storia, registrarono dei misteriosi segnali gamma provenienti dallo spazio.

Ma cosa sono i raggi gamma? E perché non li avevamo mai rilevati prima? I raggi gamma sono radiazioni elettromagnetiche di energia elevatissima; essi viaggiano a frequenze talmente alte da attraversare membra e ossa fino a colpire e distruggere le sequenze genetiche del nostro corpo, come proiettili molecolari. L’atmosfera terrestre, per nostra fortuna, scherma tutta la radiazione gamma proveniente dallo spazio; questo però non ci ha permesso di studiare le sorgenti gamma nascoste nello spazio. Ed è per tale motivo che prima degli anni Settanta ignoravamo del tutto l’esistenza di questi segnali.

Quei pochi dati raccolti dai satelliti Vela non furono allora sufficienti per capire l’origine di quei luccichii. Ciò che si sapeva all’epoca era solo che da qualche parte nel cosmo, per chissà quale furibondo evento, un qualche fenomeno celeste era capace di generare e scagliare in un baleno dei potentissimi dardi di luce. Per questa loro natura fulminea essi vennero battezzati Gamma-Ray Burst (GRB), lampi gamma. Ma come si può in un secondo produrre la stessa energia che produce il Sole in 10 miliardi di anni? E come fa ad arrivare a noi con tale potenza? Qual è la loro origine?

Trent’anni di dubbi e domande privarono del sonno gli astronomi; finalmente, nel 1997 venne lanciato in orbita il satellite italo-olandese Beppo-SAX: questo fu un progetto pionieristico che spalancò le porte a un nuovissimo campo dell’astronomia, tutt’ora in parte inesplorato. Tra le più importanti scoperte rese possibili da Beppo-SAX ci sono l’aver capito che i GRB hanno un’origine extragalattica, che l’emissione di energia è collimata (cioè concentrata entro un piccolo cono, un po’ come se venisse sparata dalla Morte Nera) e che all’emissione del lampo segue una luminescenza (afterglow). Inoltre, si capì che questi fenomeni non sono eventi così rari ma anzi sono piuttosto frequenti (ad oggi se ne registra all’incirca uno al giorno). Negli ultimi vent’anni abbiamo mandato in orbita altri satelliti e abbiamo collezionato abbastanza dati sui GRB per poterli descrivere e categorizzare, e formulare teorie solide sulla loro origine.

I GRB sono gli eventi attualmente conosciuti più violenti dell’Universo, dopo il Big Bang. Essi hanno energie dell’ordine di1044-45 Joule e una durata tipicamente corta, che può però variare dai millisecondi ad alcune ore. Per avere dei confronti (improbabili ma realistici, in ordini di grandezza): è come se Zeus, in uno scatto d’ira, scagliasse contro Atene cento milioni di miliardi di trilioni di fulmini; come se il 30 ottobre del 1961 alle ore 11:32 Andrei Yegorovich Durnovstev avesse lanciato sulla baia di Mitjušicha non una ma un miliardo di miliardi di miliardi di bombe Tsar; come se la luce di decine di migliaia di galassie, ognuna contenente centinaia di milioni di miliardi di soli, venisse racchiusa e compattata nel bulbo di una lampadina: all’umanità non basterebbero centomila trilioni di vite per pagare una singola bolletta!

Come si diceva, i tempi entro cui questa energia è emessa sono variabili, e in base alla durata del lampo i GRB vengono divisi in due categorie: lampi lunghi e lampi brevi. Sebbene il meccanismo di produzione di raggi gamma sia probabilmente simile in entrambi i casi, ed entrambi siano emessi in seguito alla formazione di un buco nero, i progenitori che generano quest’ultimo sono differenti.

I long GRB, che possono durare da alcuni secondi ad alcuni minuti (a volte anche ore, nel caso degli ultra-long GRB), sono associati alle cosiddette Ipernovae. Una Ipernova è un’esplosione molto violenta che avviene quando una stella molto massiccia (diverse decine di volte superiore alla massa del Sole), giunta alla fine del suo ciclo evolutivo, non riuscendo più a sostenere con reazioni termonucleari il suo peso collassa su se stessa dando vita, nel suo nucleo, a un buco nero. Appena formato, il buco nero ingurgita rapidamente gli strati della stella via via più esterni e, prima ancora che gli ultimi strati se ne accorgano, sputa via dal suo interno una quantità spaventosa di materia ed energia sotto forma di due getti simmetrici, causando una violentissima deflagrazione (la Ipernova, appunto) che dilania e distrugge la stella lasciando al centro solamente il proprio nucleo collassato (ovvero il buco nero) e qualche detrito intorno.

La natura dei getti è ancora incerta. Si pensa però che la produzione della radiazione gamma avvenga proprio all’interno di tali getti e che sia causata dalla collisione tra le particelle (elettroni e positroni ultrarelativistici) che si muovono entro essi e che vengono buttate fuori durante la deflagrazione.

I lampi brevi (short GRB) durano invece dai millisecondi ai pochi secondi. La produzione dei raggi gamma avviene anche qui all’interno dei getti relativistici; in questo caso, però, il buco nero non si forma a partire da una stella massiccia, come nel caso della Ipernova, ma in seguito alla collisione di due stelle di neutroni.

Le stelle di neutroni sono nuclei residui di stelle massicce, già precedentemente esplose come Supernovae, e sono gli oggetti più compatti a noi conosciuti dopo i buchi neri. Esse hanno dimensioni molto ridotte, con raggi dell’ordine delle decine di km, e masse dell’ordine di quella solare. Per avere un’idea: è come se una stella grossa quanto il Sole (che è oltre un milione di volte più grande della Terra) venisse compressa in una palla sufficientemente piccola da stare comodamente tra Milano Centro e l’aeroporto di Malpensa (e chissà quanto verrebbe rincarato il Malpensa Express se Trenord offrisse come panorama una stella di neutroni, anziché i paesaggi metafisici della campagna bustocca!). Per avere un’idea della densità: è come se tutta l’umanità venisse compressa in un cucchiaino da tè. Ecco, questi oggetti superdensi sono le stelle di neutroni.

Ora si immagini di averne due vicine a formare un sistema binario: le due stelle girano e girano, come in un lento e inesorabile valzer, e danzano e danzano intorno al loro centro di massa, perdendo via via momento angolare, e girando e danzando si avvicinano sempre di più, e sempre più velocemente girano e sempre più velocemente danzano, l’una sempre di fronte all’altra, guardandosi negli occhi, fino ad avvicinarsi abbastanza da sfiorarsi le punte dei nasi, fino alla fine del concerto, fino al casché finale, fino al violentissimo bacio: la Kilonova.

Una Kilonova è l’esplosione che segue alla coalescenza di due oggetti molto compatti come le stelle di neutroni. Le Kilonovae, oltre ad essere degli episodi estremamente affascinanti, sono delle fucine cosmiche di gran prestigio. Infatti, molti degli elementi chimici che reputiamo preziosi sono stati creati durante queste esplosioni; e sembra come se questi elementi conservassero memoria dello splendore e della violenza che li ha generati e tale memoria infondessero in chi si specchia in essi. Come tutto l’oro per cui il mondo ha sempre tradito, torturato e massacrato il mondo. Come il Platino che lastricava la corona di Luigi XVI perché “unico metallo adatto ai Re”; lo stesso platino che prima gongolava sul suo capo di fronte all’invenzione di monsieur Guillotin e che pochi anni dopo capitolava a causa della medesima. Come il Plutonio, già chiamato Esperio da Fermi che per averlo sintetizzato vinse il Nobel, massima onorificenza per aver spalancato le porte all’invenzione più distruttiva che il genere umano abbia finora creato; come l’ Uranio, che la medesima sorte pianse. Come l’Iridio, che giunse sulla terra oltre 60 milioni di anni fa su un asteroide decretando la fine dell’era dei dinosauri. E forse non è sfortuna ciò che gli zingari vedono quando si specchiano nell’Argento, ma il terrore di fronte alla violenza che l’ha generato. Tutti questi ed altri elementi che in così furiosa veste si presentano nel mondo furono forgiati miliardi di anni fa nelle Kilonove.

Ma questi eventi tanto affascinanti non saranno forse pericolosi? Certamente. E non potrebbero forse spazzare via i piccoli abitanti di questo mondo fluttuante? In un baleno. Anzi, qualcuno ha già ipotizzato che un GRB possa essere la causa di una estinzione di massa avvenuta quasi mezzo miliardo di anni fa nei nostri oceani. Ma allora non dovremmo forse preoccuparcene? Non proprio.

Sebbene questi eventi siano così comuni, affinché un GRB sia davvero dannoso per noi dovrebbe colpirci da una distanza ravvicinata. Date la scarsità di GRB nella nostra galassia (uno ogni miglio di anni) e la randomicità della direzione del getto, le probabilità di estinguerci per un GRB sono davvero bassissime. Ma sarebbe poi questa grande sfortuna? Considerando che i lampi gamma viaggiano alla velocità della luce, se un giorno in prossimità del sistema solare dovesse esplodere una Ipernova o una Kilonova, e per (dis)grazia di Dio uno dei due getti puntasse precisamente nella direzione della Terra… be’, i lampi gamma viaggiano pur sempre alla velocità della luce: se venissimo colpiti da uno di essi non avremo nemmeno tempo di rendercene conto. Sarebbe una morte silenziosa e fulminea, più clemente di un colpo alla testa.

Si narra che la prima cosa che gli Elfi videro appena nati furono le stelle e che la prima cosa che esclamarono non appena le videro fu “Ele!”, “Guarda!”; da ciò presero il nome di Eldar, ovvero il popolo delle stelle. Il nome di quei satelliti che per primi videro la luce gamma delle stelle era Vela, diminutivo di Velador che vuol dire “colui che guarda”. E più che l’assonanza e il significato dei due nomi, ciò che maggiormente accomuna i Velador agli Eldar è la prima cosa che illuminò le loro rètine: la luce abbacinante delle stelle. E chi lo sa se la prima cosa su cui posiamo lo sguardo non è proprio lo stàme da cui le Parche iniziano ad intessere il filo del nostro destino? In poco più di mezzo secolo, piccoli ominidi occhialuti hanno già fatto immense scoperte. E tanto ancora c’è da scoprire, da intessere e filare. Il futuro a venire sembra davvero radioso.

di Paolo Leondisìo