Lampi di raggi gamma. Due stelle che si fondono o un buco nero che cattura una preda?

Come ottenere dei fuochi d'artificio visibili su scala galattica? E' sufficiente fare collassare i nuclei di due stelle l'una con l'altra.

Questo il riassunto della ipotesi recentemente formulata per spiegare l'origine delle potenti e lunghe emissioni di raggi gamma captate per la prima volta dai satelliti Vela negli anni '60 (vedi qui per la lista completa delle emissioni registrate). Secondo quanto riportato dall'inglese "New Scientist" che cita un lavoro di un gruppo di astrofisici olandesi, l'origine di questi massicci picchi radianti coinciderebbe con l'ultimo abbraccio fatale di due stelle, vecchie e oramai prive dell'involucro esterno).

I lampi di raggi gamma (Gamma Radiation Bursts - GRB) la cui durata può durare da pochi secondi fino a minuti, sono fenomeni scientificamente interessanti ma anche temuti data l'energia associata e le conseguenze potenziali sulla biosfera. E' stata ipotizzata una correlazione fra tali improvvisi lampi energetici generati in prossimità (astronomicamente parlando) della Terra e passate estinzioni di massa.

L'origine di questi lampi è riconducibile secondo la teoria standard  alle fasi finali di una stella massiccia mentre precipa in un buco nero. Mano a mano che la stella rotola verso il buco nero così come una pallina scivola verso il  fondo di un imbuto, la sua massa si riduce al solo nucleo, essendo il materiale esterno già stato risucchiato. L'elevata rotazione del nucleo (indotta ad esempio dal campo gravitazionale del buco nero) proietta verso l'esterno getti di materia a velocità prossime a quelle della luce, e ovviamente enormi flash di radiazioni. Una radiazione da non confondere con quella emessa dal buco nero dopo avere inglobato la materia (nota come radiazione di Hawking).

In meno di un minuto un lampo di raggi gamma così generato può rilasciare più energia di quella che il sole è in grado di emettere nei suoi miliardi di anni di vita.

Due eventi potenzialmente in grado di generare GRB. La figura è di qualche anno fa.

Il punto debole della teoria standard è che necessita di una altissima velocità di rotazione della stella catturata, mentre al contrario le stelle invecchiando tendono a ruotare sempre più lentamente. Cosa ancora più importante se l'origine dei GRB fosse unicamente quella sopra esposta ci si attenderebbe che tali emissioni fossero distribuite in modo sostanzialmente uniforme in una galassia; dalle zone centrali e dense fino ai rami a spirale. In realtà i GRB finora registrati non sono distribuiti uniformemente ma si concentrano quasi esclusivamente nelle galassie nane. Questa incongruenza ha spinto alla formulazione di teorie alternative, non sostitutive ma semplicemente aggiuntive, circa l'origine dei gamma radiation bursts.

Edward van den Heuvel dell'Università di Amsterdam ha sviluppato un modello secondo cui l'origine dei GRB è da ricercare nel collassamento finale dell'orbita di due stelle massicce, prive dell'involucro esterno, e/o di stelle a neutroni.

Chiariamo il concetto.

Il punto centrale del modello è che stelle massicce tendono a "precipitare" gravitazionalmente verso le zone centrali, le nursey stellari, dei densi cluster galattici delle galassie nane. Quando due di queste stelle si avvicinano troppo l'una all'altra iniziano una orbita reciproca; tuttavia se nelle vicinanze c'è una terza stella in grado di perturbare lo status quo le due stelle perdono l'orbita e iniziano la caduta reciproca che vedrà in sequenza la collisione, la fusione ed infine l'esplosione. Se l'impatto avviene secondo un certo angolo il corpo fuso inizierà a ruotare ad alta velocità emettendo radiazione.

Per produrre l'esplosione giusta le stelle devono perdere prima i loro involucri di idrogeno ed elio e rimanere con il nucleo arricchito di carbonio e ossigeno, una condizione quest'ultima caratteristica solo di stelle di massa sufficiemtente elevata.

un esempio di un gamma ray burst (Credit University of Maryland)

Tuttavia questo è anche il punto debole della teoria. Le condizioni ottimali affinchè si generino i GRB sono la perdita dell'involucro esterno di stelle massiccie giunte nelle fasi finali della loro vita che collassano ad un angolo specifico. Quindi una combinazione di tempi e stati ben definiti. Citando le parole di Stan Woosley della University of California-Santa Cruz, "questo stato è raro e soprattutto permane per un tempo limitato". Controbatte Portegies Zwart "dopotutto queste particolari e potenti emissioni di raggi gamma sono estremamente rare" e il numero di stelle nelle nurseries è estremamente alto.

Condizioni fortunatamente assenti nella nostra galassia. Una emissione che ricordo, per quanto rara, sarebbe in grado, se troppo vicina, di sterilizzare la vita sulla Terra.

Fonti
- Cornell University, Astrophysics
Are Super-Luminous supernovae and Long GRBs produced exclusively in young dense star clusters?
Edward P. J. van den Heuvelet al.

- Tutto quello che avreste voluto sapere sulle stelle di neutroni e molto altro, qui
University of Maryland, Astronomy. Sito curato da M. Coleman Miller

Articoli precedenti sul blog in tema emissioni di raggi gamma stellari: 1 e 2 e 3.