ALMA sonda l’ambiente che circonda i lampi di luce gamma oscuri

Alcune osservazioni con ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) hanno, per la prima volta, osservato direttamente la distribuzione del gas molecolare e della polvere nelle galassie che ospitano i lampi di luce gamma (Gamma-ray burst o GRB in inglese) – le più potenti esplosioni nell’Universo. Con grande sorpresa si osserva molto meno gas del previsto e, di conseguenza, molta più polvere, facendo sì che alcuni GRB appaiano “oscuri”. Questo lavoro verrà pubblicato dalla rivista Nature il 12 giugno 2014: è il primo risultato scientifico di ALMA sui GRB e mostra il potenziale che ALMA offre per meglio comprendere questi oggetti.

I lampi di luce gamma (GRB dall’inglese Gamma-ray Burst) sono intense emissioni ad altissima energia osservate in galassie distanti – i fenomeni esplosivi più luminosi di tutto l’Universo. I lampi che durano più di due secondi sono detti “di lunga durata” (Long-duration gamma-ray bursts o LGRB)  e sono associati alle esplosioni di supernova – la potente detonazione che avviene al termine della vita di una stella massiccia.

In soli pochi secondi un tipico lampo gamma rilascia tanta energia quanta ne emette il Sole in tutta la sua vita di circa dieci milioni di anni. L’esplosione viene spesso seguita da un’emissione che si spegne lentamente, nota come emissione residua (o”afterglow”) che si pensa sia prodotta dalla collisione tra il materiale espulso e il gas circostante.

In alcuni casi, invece, il lampo gamma sembra stranamente non essere seguito da alcuna emissione residua – è quello che viene chiamato lampo oscuro. Una possibile spiegazione è che le nubi di polvere assorbano questa radiazione.

Negli ultimi anni gli scienziati hanno cercato di capire meglio il comportamento dei GRB studiandone le galassie ospiti. Gli astronomi si aspettavano che le stelle massicce progenitrici dei GRB si trovassero nelle zone di formazione stellare atprogetive all’interno delle galassie, circondate quindi da grandi quantità di gas molecolare – il carburante della formazione stellare. In ogni caso, non essendoci dei risultati osservativi per giustificare la teoria, questo risultato rimaneva insipegato da molto tempo.

Per la prima volta un gruppo di astronomi giapponesi guidati da Bunyo Hatsukade dell’Osservatorio Astronomico Nazionale giapponese ha usato ALMA per rivelare l’emissione radio del gas molecolare in due galassie ospiti di LGRB: GRB 020819B e GRB 051022, a circa 4,3 e 6,9 miliardi di anni luce rispettivamente. Per quanto una tale emissione radio non si fosse mai vista da una galassia ospite di un GRB, ALMA l’ha reso possible con la sua sensibilità senza precedenti .

Kotaro Kohno, professore all’Università di Tokyo e membro dell’equipe di ricerca, ha dichiarato: “Abbiamo cercato il gas molecolare nelle galassie ospiti di GRB per più di dieci anni usando diversi telescopi in tutto il mondo. Come risultato del nostro duro lavoro abbiamo infine compiuto un notevole passo avanti sfruttando la potenza di ALMA. Siamo entusiasti di ciò che abbiamo ottenuto“.

Un altro straordinario risultato reso possibile dall’alta risoluzione di ALMA è stato di scoprire la distribuzione del gas molecolare e della polvere nelle galassie che ospitano GRB. Le osservazioni di GRB 020819B hanno rivelato un ambiente molto ricco di polvere alla periferia della galassia, mentre il gas molecolare è stato trovato solo intorno al centro. È la prima volta che si vede una tale distribuzione tra le galassie ospiti di GRB .

“Non ci aspettavamo che i GRB potessero verificarsi in questi ambienti così pieni di polvere, cioè con un basso rapporto tra gas molecolare e polvere. Ciò indica che questo GRB è avvenuto in un ambiente molto diverso da una tipica regione di formazione stellare“, aggiunge Hatsudake. Ciò suggerisce che le stelle massicce che muoiono come GRB hanno modificato la loro zona di formazione stellare prima di esplodere.

L’equipe di ricerca ritiene che una possible spiegazione per l’alta frazione di polvere rispetto al gas molecolare intorno ai GRB sia dovuta al fatto che reagiscono in modo differente alla radiazione ultravioletta. Poichè i legami tra gli atomi che compongono le molecole vengono rotti molto facilmente dalla radiazione UV,  il gas molecolare non sopravvive in una ambiente esposto alla forte radiazione UV prodotta dalle stelle calde e massicce nelle zone di formazione stellare, tra le quali anche quella che alla fine esploderà come GRB. Anche se una distribuzione simile si osserva in GRB 051022 ciò deve essere ancora confermato a causa della scarsa risoluzione (infatti la galassia ospite di GRB 051022 si trova molto più lontana di quella di GRB 020819B). In ogni caso le osservazioni di ALMA rafforzano l’ipotesi che la polvere assorba la radiazione residua, producendo i GRB oscuri.

“I risultati che questa volta abbiamo ottenuto erano ben oltre le nostre aspettative. Dobbiamo fare nuove osservazioni con altre galassie ospiti di GRB per vedere se questa è una condizione generale nei siti dei GRB. Non vediamo l’ora di continuare queste ricerche con le migliorate capacità di ALMA.” conclude Hatsukade.