Gli scienziati risolvono decenni

Lo ha fatto un team internazionale di scienziati, guidato da astrofisici dell’Università di Bath nel Regno Unitomisuratoil campo magnetico in un lampo di raggi gamma (GRB) lontano, confermando per la prima volta una previsione teorica lunga decenni: che il campo magnetico in queste onde d'urto viene disturbato dopo che il materiale espulso si schianta contro e sconvolge l'ambiente circostante medio.

I buchi neri si formano quando stelle massicce (almeno 40 volte più grandi del nostro Sole) muoiono in un’esplosione catastrofica che alimenta un’onda d’urto. Questi eventi estremamente energetici espellono materiale a velocità vicine a quella della luce e alimentano lampi di raggi gamma luminosi e di breve durata che possono essere rilevati dai satelliti in orbita attorno alla Terra, da cui il loro nome, lampi di raggi gamma.

I campi magnetici possono essere fatti passare attraverso il materiale espulso e, quando si forma il buco nero rotante, questi campi magnetici si attorcigliano in forme a cavatappi che si ritiene concentrino e accelerino il materiale espulso.

I campi magnetici non possono essere visti direttamente, ma la loro firma è codificata nella luce prodotta da particelle cariche (elettroni) che sfrecciano attorno alle linee del campo magnetico. I telescopi terrestri catturano questa luce, che ha viaggiato per milioni di anni attraverso l’universo.

Carole Mundell, responsabile del dipartimento di astrofisica a Bath ed esperta di raggi gamma, ha dichiarato: "Abbiamo misurato una proprietà speciale della luce, la polarizzazione, per sondare direttamente le proprietà fisiche del campo magnetico che alimenta l'esplosione. Questo è un ottimo risultato e risolve un problema enigma di vecchia data su queste esplosioni cosmiche estreme, un enigma che studio da molto tempo."

La sfida è catturare la luce il prima possibile dopo un'esplosione e decodificare la fisica dell'esplosione, prevedendo che eventuali campi magnetici primordiali alla fine verranno distrutti quando il fronte d'urto in espansione si scontra con i detriti stellari circostanti.

Questo modello prevede la luce con alti livelli di polarizzazione (>10%) subito dopo lo scoppio, quando il campo primordiale su larga scala è ancora intatto e guida il deflusso. Successivamente, la luce dovrebbe essere per lo più non polarizzata poiché il campo viene confuso nella collisione.

Il team di Mundell è stato il primo a scoprire la luce altamente polarizzata pochi minuti dopo l'esplosione che ha confermato la presenza di campi primordiali con struttura su larga scala. Ma il quadro relativo all’espansione degli shock futuri si è rivelato più controverso.

Le squadre che hanno osservato i GRB in tempi più lenti – da ore a un giorno dopo l’esplosione – hanno riscontrato una bassa polarizzazione e hanno concluso che i campi erano stati distrutti da tempo, ma non potevano dire quando o come. Al contrario, un team di astronomi giapponesi ha annunciato un’interessante rilevazione del 10% di luce polarizzata in un GRB, che hanno interpretato come uno shock polarizzato in avanti con campi magnetici ordinati di lunga durata.

L'autrice principale del nuovo studio, la dottoranda di Bath Nuria Jordana-Mitjans, ha dichiarato: "Queste rare osservazioni erano difficili da confrontare, poiché sondavano scale temporali e fisiche molto diverse. Non c'era modo di riconciliarle nel modello standard".

Il mistero rimase irrisolto per oltre un decennio, fino all'analisi del GRB 141220A da parte del team di Bath.

Nel nuovo articolo, pubblicato nel Monthly Notice della Royal Astronomical Society, il team di Mundell riporta la scoperta di una polarizzazione molto bassa nella luce da shock frontale rilevata appena 90 secondi dopo l'esplosione di GRB 141220A. Le osservazioni superveloci sono state rese possibili dal software intelligente del team sul robot Liverpool Telescope completamente autonomo e dal nuovo polarimetro RINGO3, lo strumento che registrava il colore, la luminosità, la polarizzazione e la velocità di dissolvenza del GRB. Mettendo insieme questi dati, il team è stato in grado di dimostrare che:

Jordana-Mitjans ha dichiarato: "Questo nuovo studio si basa sulla nostra ricerca che ha dimostrato che i GRB più potenti possono essere alimentati da campi magnetici ordinati su larga scala, ma solo i telescopi più veloci riusciranno a intravedere il loro caratteristico segnale di polarizzazione prima che si perdano. l'esplosione."