Quando gli astronomi hanno rilevato un potente lampo di raggi gamma (GRB) nell’ottobre 2019, la spiegazione più probabile era che una stella massiccia e morente in una galassia lontana fosse esplosa in una supernova. Ma i dati di osservazioni successive hanno mostrato che l’esplosione è stata innescata dalla collisione di stelle (o dei loro resti) in una regione densamente popolata vicino al buco nero supermassiccio di un’antica galassia, secondo nuova foglia Pubblicato su Nature Astronomy. Un evento così raro è stato postulato, ma questa è la prima prova osservativa.

Come accennato in precedenza, i lampi di raggi gamma sono esplosioni ad altissima energia in galassie lontane che durano da millisecondi a diverse ore. Esistono due categorie di lampi di raggi gamma. La maggior parte (70 percento) sono lunghe raffiche che durano più di due secondi, spesso con un bagliore luminoso. Questi sono solitamente associati a galassie con una rapida formazione stellare. Gli astronomi ritengono che le lunghe esplosioni siano correlate alla morte di stelle massicce che collassano per formare una stella di neutroni o un buco nero (o, in alternativa, una magnetar di nuova formazione). Il mini buco nero produrrà getti di particelle ad alta energia che si muovono vicino alla velocità della luce, abbastanza potenti da perforare i resti della stella progenitrice ed emettere raggi X e raggi gamma.

I GRB che durano meno di 2 secondi (circa il 30 percento) sono considerati brevi lampi, di solito provenienti da regioni con formazione stellare molto ridotta. Gli astronomi ritengono che questi lampi di raggi gamma siano causati dalla fusione di due stelle di neutroni o dalla fusione di una stella di neutroni con un buco nero che forma una “kilonova”.

Un lampo di raggi gamma rilevato dal Neil Gehrels Swift Observatory della NASA nel 2019 rientra nel lungo raggio. Ma gli astronomi erano sconcertati perché non riuscivano a trovare prove di una simile supernova. “Per ogni 100 eventi che rientrano nel tradizionale schema di classificazione per i lampi di raggi gamma, c’è almeno una strana palla che ci getta in un loop”, ha detto il coautore Wen Fei Fung, un astrofisico della Northwestern University. “Tuttavia, sono queste strane sfere che ci dicono di più sulla straordinaria varietà di esplosioni di cui è capace l’universo.”

Curiosamente, Fong e i suoi colleghi hanno seguito lo sbiadimento del bagliore residuo utilizzando il Gemini International Observatory, ampliato dai dati raccolti dai telescopi ottici scandinavi e dal telescopio spaziale Hubble. Il bagliore residuo ha permesso loro di localizzare il GRB in una regione a soli 100 anni luce dal nucleo di un’antica galassia, cioè molto vicino al buco nero supermassiccio al suo centro. Hanno concluso che l’esplosione è stata causata dalla collisione di due stelle o resti stellari.

Questo è importante perché ci sono tre processi noti per la morte di una stella, a seconda della sua massa. Stelle massicce esplodono in una supernova, mentre una stella con la massa del nostro sole scarta i suoi strati esterni e alla fine svanisce in una nana bianca. I resti stellari formati da supernove – stelle di neutroni o buchi neri – possono formare sistemi binari e alla fine scontrarsi.

Ora abbiamo una quarta alternativa: le stelle possono scontrarsi nelle regioni densamente popolate di antiche galassie, un evento molto raro nelle galassie attive, che non sono così dense. Un’antica galassia potrebbe contenere un milione di stelle in una regione distante solo pochi anni luce. In questo caso, gli effetti gravitazionali dell’essere così vicini a un buco nero supermassiccio altererebbero i movimenti di quelle stelle in modo che si muovano in direzioni casuali. Alla fine una collisione è destinata ad accadere.

In effetti, gli autori sottolineano che questi tipi di collisioni potrebbero non essere così rari; Semplicemente non rileviamo segnali di GRB e postluminescenza a causa di tutta la polvere e il gas che bloccano la nostra visione degli antichi centri galattici. Se in futuro gli astronomi riuscissero a catturare la firma di un’onda gravitazionale in combinazione con questo tipo di GRB, ciò potrebbe dire loro di più su questo tipo di morte stellare.

“Questi nuovi risultati mostrano che le stelle possono incontrare la loro fine in alcune delle regioni più dense dell’universo, dove possono essere spinte in collisioni”. ha detto il coautore Andrew Levan, astronomo della Radboud University nei Paesi Bassi. “Questo è entusiasmante per capire come muoiono le stelle e per rispondere ad altre domande, come le fonti inaspettate che potrebbero creare le onde gravitazionali che possiamo rilevare sulla Terra”.

DOI: Astronomia della natura, 2023. 10.1038/s41550-023-01998-8 (sui DOI).