Stefano Covino Osservatorio Astronomico di Brera Lampi di

Stefano Covino Osservatorio Astronomico di Brera

Lampi di Luce Gamma (Gamma-Ray Burst) La nascita dei buchi neri Civico Planetario U. Hoepli Giovedì 3 Aprile 2003

Avete mai visto un lampo di luce gamma? Supponiamo di avere una telecamera, sensibile ai raggi gamma, che ci trasmetta in tempo reale quello che vede un satellite in orbita intorno alla Terra… Per un po’ di tempo vedremo solo il fondo del cielo, senza oggetti… ma ad un certo punto. . .

Cortesia di D. Gotz e S. Mereghetti, IASF Milano GRB 021125

Ma vediamo prima di capire cosa è un buco Sir William Herschel nero. . . (1738 -1822) L'idea di "buco nero" ha raggiunto il grande pubblico solo di recente. Tuttavia, in realtà, risale ad almeno 2 secoli fa: Nel 1770 John Michell, Rettore di Le idee di Michell furono poi riprese da Thorhill e astronomo, speculava William Herschel , nel 1791, per spiegare la sull'azione esercitata dalla gravità sulla natura delle nebulose! luce;

Nel 1796, Pierre Simon de Laplace ipotizzò che potevano esistere stelle tanto massiccie da trattenere la luce e quindi apparire ad un osservatore assolutamente nere. L'idea di buco nero torna infine alla ribalta agli inizi del secolo, con la formulazione della teoria della Relatività Generale di Albert Einstein (1879 -1955)

Un punto importante: la velocità di fuga! Supponiamo di lanciare in aria qualunque oggetto, è immediato, e quasi banale, osservare che l'oggetto salirà tanto più in alto quanto maggiore è la velocità impressa all'oggetto alla partenza. Teniamo presente questo punto: Se la della velocità massa iniziale (efosseal • all'aumentare alta, oltre la velocità diminuire sufficientemente del raggio) del corpo di fuga, il grave potrebbe non ricadere considerato più aumenta sulla Terrala evelocità sfuggire di alla fuga! sua attrazione gravitazionale: ·La velocità di fuga sulla Terra è circa 11 km/s, sulla Luna 2. 4 km/s e sul Sole 620 km/s.

Aggiungiamo un altro ingrediente: la Relatività Generale La teoria della relatività mostra che effettivamente la gravità influenza la traettoria dei raggi di luce: • La prima verifica sperimentale fu ottenuta da A. Eddington, durante l'eclisse di Sole del 1919.

Queste osservazioni vengono interpretate Ci nel sonocontesto anche altri effetti della generale come della relatività gravità sulla il manifestarsi di radiazione distorsioni dello spazioelettromagnetica : tempo. ·Un raggio gamma perfettamente monocromatico spedito dalla base di una torre raggiunge la cima con una frequenza un po' più bassa che alla partenza.

Riassumendo: • La gravità influenza effettivamente la propagazione della luce; • La velocità di fuga aumenta all'aumentare della densità dell'oggetto considerato; Aggiungiamo un ultimo punto: la velocità della luce è la massima velocità possibile nell’universo! Otteniamo allora gli ingredienti teorici per la comprensione di un buco nero. . .

Abbiamo un oggetto la cui forza di gravità è così intensa da rendere impossibile persino la fuoriuscita della luce e quindi di qualunque altro segnale o corpo materiale. . . Abbiamo un BUCO NERO! Un oggetto di questo genere non può che apparire nero ad un ipotetico osservatore!

Esistono simili oggetti in natura? In effetti diversi fenomeni astronomici possono portare alla formazione di un buco nero: I Buchi neri vengono invocati per spiegare una grande quantità di fenomenologie: • Buchi neri come prodotto degli ultimi stadi • dischidell'evoluzione di accrescimento, stellare; • getti, • nuclei • Buchi galatticineri attivi, primordiali, prodottosi alla nascita stesso; • dinamica di dell'universo nuclei galattici e di ammassi stellari, • lampi • Buchi di luce , di galassie attive. nerigamma al centro • ecc.

Ma quale può essere il legame fra i buchi neri ed i lampi di luce gamma? La chiave di tutto questo sta nell’evoluzione stellare… • Una volta che le stelle si sono formate e comincia ad instaurarsi una stabile fusione nucleare nelle zone centrali si dice che la stella è sulla sequenza principale.

Con l'andare del tempo l'idrogeno al centro comincierà a scarseggiare e la fusione si sposterà negli strati esterni. • Questo provoca una grande espansione degli strati esterni della stella e si dice allora che si è formata una gigante rossa. • All'esaurirsi del combustibile nucleare anche nei gusci esterni, la stella attraversa una fase di instabilità più o meno pronunciata. • La temperatura interna raggiunge i 100 milioni di gradi e la fusione dell'elio e di altri elementi diventa possibile.

Il parametro più importante che determina l'evoluzione di una stella è la sua massa. Le stelle con una massa fino a circa 8 volte quella del Sole termineranno la loro esistenza come nane bianche.

Le stelle più massiccie, al contrario, hanno varie strade a loro disposizione, e possono anche diventare supernovae. SN 1994 D in NGC 4526 Altri fattori che possono influenzare l'evoluzione delle stelle sono la loro composizione chimica e, in molti casi, l'essere o meno parte di sistemi binari.

Le stelle di massa più grande durante la loro evoluzione arrivano a produrre energia con un tasso estremamente alto. ·Tale produzione di energia può raggiungere dei livelli parossistici, sviluppando una potentissima esplosione che distrugge quasi completamente la stella.

L'esplosione di una supernova può lasciare come residui oggetti estremamente peculiari: • Il nucleo interno della supernova può infatti sopravvivere all'esplosione e ciò che rimane è un oggetto con una massa tipica di circa 1. 4 volte quella del Sole e con una densità estremamente alta, paragonabile a quella dei nuclei atomici: una stella di neutroni. • In determinati casi una stella di neutroni risulta visibili sotto forma di una pulsar , cioè una stella di neutroni rotante ad altissima velocità e che emette lampi di luce ad ogni rotazione.

Se, infine, la massa del residuo dell'esplosione è eccessiva può capitare che la forza di gravità alla superficie di questi oggetti raggiunga valori altissimi, tanto elevati da rendere impossibile persino alla luce lo sfuggire dal loro campo gravitazionale: • abbiamo un buco nero!

Il legame fra buchi neri e lampi di luce gamma proviene dal fatto che normalmente i buchi neri si formano dotati di un’elevata velocità di rotazione.

Ora proviamo a seguire il ragionamento: In taluni casi, se il buco nero è anche caratterizzato da un intenso campo magnetico, può accadere che il campo magnetico si ancori alla materia circostante. quindi, una “sfera Abbiamo, di fuoco”, e di conseguenza un lampo di Se questo accade in un tempo scala di secondi la rotazione del buco nero luce pochi gamma! viene frenata e, simultaneaente, l’energia di rotazione dello stesso viene convertita in fotoni.

Ma come si possono osservare i lampi di luce gamma? L’evento iniziale richiede strumenti sensibili a radiazioni di alta energia… • quindi osservazioni da satellite! Dopo il “lampo” si possono avere emissioni a frequenze più basse, anche ottiche e radio, e quindi osservabili con telescopi a terra. INTEGRAL

L’astronomia milanese è anche direttamente coinvolta in due progetti di punta ormai quasi al punto di arrivo (o di inizio…): • il satellite USA/UK/Italia Swift • ed il telescopio italiano REM

Immagine d’insieme

Dove verrà installato?

The Swift Gamma-Ray Burst Explorer Swift significa rapido, veloce, ma è anche il nome del rondone. .

Swift è un satellite che sarà lanciato entro la fine del 2003. Swift avrà a bordo tre diversi telescopi: • un telescopio a grande campo sensibile alte energie; • un telescopio ai raggi X meno energetici (progettato a Milano); • un telescopio ottico/Ultravioletto.

Il telescopio a raggi X. . .

E quindi… …e quindi speriamo di poter presto presentare novità di grande rilievo. . . E, nell’attesa, vi ringrazio per l’attenzione!