L’esplosione cosmica più grande mai registrata

La più grande esplosione cosmica di raggi gamma mai registrata, chiamata BOAT, potrebbe essere la prova della materia oscura.
Gli anelli intorno all’esplosione, nei dati colorati dell’osservatorio Swift della NASA, si sono formati quando i raggi X si sono dispersi dalla polvere nascosta nella nostra galassia, la Via Lattea. Credit: NASA

Domenica 9 ottobre, Judith Racusin era in volo per una conferenza di astrofisica, quando ha avuto luogo la più grande esplosione cosmica della storia. “Sono atterrato, ho guardato il mio telefono e ho ricevuto dozzine di messaggi. È stato davvero eccezionale.”, ha detto l’astrofisico del Goddard Space Flight Center della NASA.

L’esplosione è stata una lunga emissione di raggi gamma. Un evento cosmico dove una massiccia stella morente sprigiona potenti getti di energia mentre collassa in un buco nero o in una stella di neutroni. Questa particolare esplosione è stata così brillante da saturare il telescopio spaziale Fermi. Il telescopio della NASA in orbita intorno alla Terra progettato sviluppato per osservare tali eventi. 

Un energia immensa

“C’erano così tanti fotoni al secondo che non riuscivamo a tenere il passo”, ha detto Andrew Levan, astrofisico della Radboud University nei Paesi Bassi. L’esplosione sembra aver causato addirittura un aumento delle dimensioni della ionosfera terrestre, lo strato superiore dell’atmosfera, per diverse ore. “Il fatto che la ionosfera terrestre possa cambiare a causa di un oggetto a metà dell’universo è piuttosto incredibile”, ha affermato Doug Welch, astronomo della McMaster University in Canada. Gli astronomi l’hanno chiamata sfacciatamente la BOAT, la più grande esplosione cosmica di tutti i tempi ed hanno iniziato a studiarla per ottenere informazioni sui lampi di raggi gamma e sul cosmo in generale. 

“Per i prossimi dieci anni ci saranno continue evoluzioni nella comprensione di questo set di dati”, ha affermato Eric Burns, un astrofisico della Louisiana State University. L’analisi iniziale suggerisce che ci sono due ragioni per cui BOAT era così grande e brillante. Il fenomeno si è verificato a circa 2,4 miliardi di anni luce dalla Terra. È probabile che il potente jet fosse puntato verso di noi. I due fattori combinati rendono questo tipo di evento molto raro, che si verifica solo una volta ogni poche centinaia di anni.

Probabilmente l’osservazione più consequenziale è avvenuta in Cina. Lì, nella provincia del Sichuan, il Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) traccia le particelle ad alta energia che arrivano dallo spazio. Nella storia dell’astronomia, i ricercatori hanno visto solo poche centinaia di fotoni ad alta energia provenienti da questi oggetti. LHAASO ha captato 5.000 fotoni da questo evento. “Il fenomeno è praticamente esploso nel cielo direttamente sopra di loro”, ha detto Sylvia Zhu, un’astrofisica del German Electron Synchrotron ad Amburgo. Tra questi rilevamenti c’era un fotone con 18 teraelettronvolt (TeV) di energia. Ben quattro volte più di qualsiasi cosa vista in un’esplosione di raggi gamma prima e molto più potente delle più alte energie ottenibili dal Large Hadron Collider al CERN di Ginevra.

Assione e materia oscura

Un fotone così potente avrebbe dovuto essersi perso sulla strada per la Terra, assorbito dalle interazioni con la luce di fondo dell’universo. Allora come è arrivato qui? Una possibilità è che, in seguito all’esplosione di raggi gamma, un fotone ad alta energia sia stato convertito in una particella simile a un assione. Questa leggera particella è stata ipotizzata per fornire una spiegazione all’esistenza della materia oscura.

I fotoni ad alta energia potrebbero essere convertiti in tali particelle da forti campi magnetici, come quelli attorno a una stella che implode. La particella viaggerebbe quindi attraverso la vastità dello spazio senza ostacoli. Quando è arrivato nella nostra galassia, i campi magnetici lo avrebbero convertito di nuovo in un fotone, che poi si sarebbe fatto strada verso la Terra. La settimana successiva alla scoperta gli astrofisici hanno suggerito questa probabile spiegazione fermandola in un articolo scientifico (rif.). “Sarebbe una scoperta davvero incredibile”, ha detto Giorgio Galanti, astrofisico dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) in Italia, coautore dello studio. 

Eppure altri ricercatori si chiedono se il rilevamento di LHAASO possa essere un errore. Forse il fotone ad alta energia proveniva da qualche altra parte e il suo arrivo coincideva per caso con l’esplosione cosmica. “Sono molto scettica. Attualmente propendo per il fatto che sia un evento di sottofondo”, ha detto Milena Crnogorčević, un’astrofisica dell’Università del Maryland. A complicare ulteriormente le cose, un osservatorio russo ha registrato un fotone di 251 TeV di energia proveniente dall’esplosione.

Fondamentale è l’analisi dei dati

Finora il team LHAASO non ha rilasciato risultati dettagliati delle loro osservazioni. Burns, che sta coordinando una collaborazione globale per studiare BOAT, spera che lo facciano. “Sono molto curioso di vedere cosa hanno”, ha detto. Ma capisce perché un certo grado di diffidenza può essere giustificato. “Se fossi in possesso di dati che hanno anche solo una piccola percentuale di essere una prova determinante della materia oscura, sarei straordinariamente cauto. Se il fotone può essere collegato all’evento BOAT sarebbe una prova fisica della materia oscura”, ha affermato Burns. 

Anche senza i dati di LHAASO, l’enorme quantità di luce vista dall’evento potrebbe consentire agli scienziati di rispondere ad alcune delle più grandi domande sui lampi di raggi gamma. “Come viene lanciato il jet? Cosa sta succedendo nel jet mentre si sta propagando nello spazio?” si chiede Tyler Parsotan, astrofisico di Goddard. Altri astrofisici sperano di utilizzare BOAT per accertare perché solo alcune stelle producono lampi di raggi gamma mentre diventano supernova. “Questo è uno dei grandi misteri“, ha detto Yvette Cendes, un’astronoma dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. “Deve essere una stella molto grande. La Via Lattea forse ogni milione di anni produce un’esplosione di raggi gamma di questa entità” ha aggiunto. 

Quando lampi di raggi gamma sono conseguenza della formazione di un buco nero e quando di una stella di neutroni? Ancora non sappiamo dare una risposta. In questo caso c’è così tanta energia nel jet che dovrebbe essere un buco nero”, ha detto Burns valutando le prime analisi preliminari. Quel che questa immensa esplosione cosmica sarà un evento unico per noi e per le future generazioni. Un motivo in più per analizzare approfonditamente i dati raccolti.

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