Gamma Ray Burst | Gli Affascinanti Lampi Gamma

Cosa sono i gamma ray burst? Ragazzi di 3°B questo post è soprattutto per voi! Tra non molto inizieremo lo studio dell'Astronomia e parleremo anche delle stelle. Vi fornisco qualche informazione in merito...per farvi venire un po' di appetito!

Le stelle sono ammassi di materia allo stato gassoso in cui predomina l'idrogeno (75%) e l'elio (25%). Esse emettono nello spazio, sotto forma di luce e di calore, enormi quantità di energia prodotta all'interno del loro nucleo dai processi di fusione nucleare, resi possibili da enormi valori della temperatura, dell'ordine di milioni di gradi centigradi.

Osservando il cielo in una notte serena, è possibile osservare sulla volta celeste oltre 3000 stelle; con l'aiuto di un telescopio, se ne potrebbe scorgere un numero infinitamente più grande. Osservando con maggiore attenzione, si può notare che le stelle non splendono tutte allo stesso modo. La loro luminosità è una proprietà tipica di ogni stella che dipende dalla sua temperatura, dalle sue dimensioni e dalla sua distanza dalla Terra.
Il Sole ci appare come la stella più splendente del cielo soltanto perché è la più vicina. Dista infatti dalla Terra 1 unità astronomica (1 UA) pari a circa 150 milioni di chilometri, distanza che, paragonata a quella di Proxima Centauri (  circa 268 000 UA  ), la stella più vicina appartenente al sistema stellare αCentauri, risulta relativamente piccola.

Antares (Wikipedia)

Con un po' di attenzione, si può notare che le stelle appaiono di colore diverso: alcune sono bianche, altre rossastre, altre  ancora azzurro-blu. La differenza di colore è dovuta alla temperatura superficiale della stella.
Le stelle differiscono anche per la grandezza: le più grandi hanno un diametro che è almeno 300 volte il diametro del Sole, come Antares e Betelgeuse, e le più piccole hanno un diametro che è almeno 100 volte più piccolo di quello solare, come Sirio la stella più luminosa dell'emisfero boreale e Procione!

Sono sicura che vorreste saperne di più. Avremo modo di approfondire questi argomenti a suo tempo.
In questo articolo, voglio parlarvi in particolare dei gamma ray burst e per farlo devo dirvi, pur se sinteticamente, come muore una stella; la sua fine sarà diversa a seconda della sua grandezza.

Lo schema seguente riproduce, in modo semplificato, il diagramma di Hertzsprung-Russel, utilizzato dagli astronomi per rappresentare l'origine e l'evoluzione delle stelle.




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Il ciclo vitale di una stella dipende da due fenomeni contrastanti:

- la contrazione del materiale stellare, dovuta all'azione della forza gravitazionale;
- l'espansione del materiale stellare, dovuta all'energia termica prodotta dalle reazioni nucleari che avvengono all'interno del suo nucleo.

Il destino di una stella invece dipende  essenzialmente dalla sua massa iniziale. Se tale massa è grande, le reazioni nucleari avvengono più velocemente e la vita della stella sarà più breve: essa continuerà a espandersi diventando una supergigante rossa. Terminata questa fase, la stella si raffredda e si ha una contrazione della sua massa, fenomeno che innesca reazioni nucleari, da cui si formano atomi di elementi più pesanti dell'idrogeno e dell'elio, ormai esauritisi, come il sodio, il silicio o il ferro. Esaurito il combustibile, la stella, non più equilibrata dall'energia termica, si contrarrà su se stessa in breve tempo (collasso gravitazionale) e la sua temperatura aumenterà di miliardi di gradi nel giro di pochi secondi.

Si avrà allora una violenta esplosione che porterà alla formazione di atomi di elementi più pesanti del ferro, fino agli attanidi dal torio all'uranio! La stella diventerà così una nova o una supernova, uno dei corpi più luminosi che si possano osservare nel cielo.

L'esplosione di una supernova si esaurisce nell'arco di qualche mese. Le parti più esterne della stella si disperderanno nello spazio mentre quelle più interne cominceranno a contrarsi velocemente.

A questo punto, la materia che forma la stella sarà talmente compressa da perdere le sue normali caratteristiche: gli atomi possono scindersi e gli elettroni precipitare sui protoni, trasformandosi in neutroni. Si avrà allora una stella di neutroni o pulsar, piccola e molto densa. Le stelle di neutroni ruotano molto velocemente, nella maggior parte dei casi emettono onde radio che si muovono nello spazio come la luce  di un faro nella notte. Quando queste onde vengono captate dalla Terra, si vede una specie di lampo.

Se la stella aveva inizialmente una massa molto grande, continuerà a contrarsi e la forza di gravità diventerà tanto elevata che nemmeno la luce riuscirà ad allontanarsi: si formerà così un buco nero. Ovviamente non è possibile osservare un buco nero, ma la sua presenza è rivelata dal comportamento delle stelle che gli sono vicine: talvolta la materia di una stella, attirata da una forza gravitazionale così forte, si riscalda ed emette raggi gamma che possono essere rilevati dai satelliti artificiali; altre volte la stella segue una strana orbita, come se nelle sue vicinanze ci fosse un corpo che ne influenza il movimento.

Ma...e i gamma ray burst? Un attimino! Probabilmente essi derivano, per semplificare, dal collasso gravitazionale di una stella molto massiccia all'interno di un buco nero. Una immane esplosione, come atto finale dell'immane collasso, provoca un lampo di raggi gamma: un GRB, un lampo gamma enormente energetico, con valori superiori a 50 keV. Un GRB è il fenomeno più energetico finora osservato.

Raggi gamma, raggi X, luce visibile e radiazione ultravioletta sono tutte forme di radiazione elettromagnetica, che differiscono, a seconda dei casi, per la diversa frequenza e, quindi, per  l'energia dei fotoni. I raggi gamma sono i più energetici.



Rappresentazione del collasso di una stella massiccia in un buco nero. La stella rilascia energia nella forma di getti lungo l'asse di rotazione, generando un gamma ray burst. Crediti: Nicolle Rager Fuller/NSF.(Wikipedia)


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Cito da Wikipedia:

"In astronomia, i gamma ray burst, in italiano: esplosione di raggi gamma, anche detti lampi gamma o abbreviati in GRB, sono intensi lampi di raggi gamma che possono durare da pochi millisecondi a diverse decine di minuti. Queste potenti esplosioni costituiscono il fenomeno più energetico finora osservato. I GRB sono fenomeni abbastanza frequenti (all'incirca uno al giorno) e la loro distribuzione nel cielo è isotropa, ovvero avvengono in direzioni del tutto casuali ed imprevedibili. I GRB sono eventi cosmologici, situati in galassie esterne alla Via Lattea e talvolta molto lontane. Il lampo gamma più lontano finora osservato, denominato GRB 090423, è avvenuto ad una distanza di oltre 13 miliardi di anni luce dalla Terra."

Rappresentazione artistica del gamma ray burst GRB 080319B. (Wikipedia)
 

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Una bella immagine gif, presa da Astro-link.

Nella gif seguente, potete osservare la localizzazione di una piccolissima parte delle prime centinaia di GRB rilevati dal Compton Gamma Ray Observatory nella volta celeste (le linee blu rappresentano le coordinate galattiche).

La TV online dell'ASI (Agenzia Spaziale Italiana), per la rubrica "Le parole dell'universo", ha realizzato un video sui GRB, in cui il prof. Piero Benvenuti dell'Università di Padova ci parla di cosa sono, della loro nascita, degli eventi che hanno condotto alla loro scoperta, e di altro ancora.







Ragazzi, mi auguro che abbiate compreso. In ogni caso, a scuola tutti gli approfondimenti!