Introduzione
Domenica 9 ottobre Giuditta Racusin era a 35,000 piedi nell'aria, in rotta verso una conferenza di astrofisica ad alta energia, quando ebbe luogo la più grande esplosione cosmica della storia. "Sono atterrato, ho guardato il mio telefono e ho ricevuto dozzine di messaggi", ha detto Racusin, un astrofisico del Goddard Space Flight Center della NASA nel Maryland. “È stato davvero eccezionale.”
L'esplosione è stata un lungo lampo di raggi gamma, un evento cosmico in cui 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 sovrasaturare il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi, un telescopio della NASA in orbita progettato in parte per osservare tali eventi. "C'erano così tanti fotoni al secondo che non riuscivano a tenere il passo", ha detto Andrea Levan, astrofisico alla Radboud University nei Paesi Bassi. L'esplosione sembra addirittura aver causato la ionosfera terrestre, lo strato superiore dell'atmosfera terrestre gonfiare di dimensioni per diverse ore. "Il fatto che tu possa cambiare la ionosfera terrestre da un oggetto a metà dell'universo è piuttosto incredibile", ha detto Doug Welch, astronomo alla McMaster University in Canada.
Gli astronomi la chiamarono sfacciatamente la BARCA - "la più brillante di tutti i tempi" - e iniziarono a spremerla per ottenere informazioni sui lampi di raggi gamma e sul cosmo più in generale. "Anche tra 10 anni ci sarà una nuova comprensione da questo set di dati", ha affermato Eric Burns, astrofisico alla Louisiana State University. "Non mi ha ancora colpito che sia successo davvero."
L'analisi iniziale suggerisce che ci sono due ragioni per cui la BARCA era così brillante. In primo luogo, si è verificato a circa 2.4 miliardi di anni luce dalla Terra, abbastanza vicino ai lampi di raggi gamma (sebbene ben al di fuori della nostra galassia). È anche probabile che il potente jet della BOAT fosse puntato verso di noi. I due fattori combinati per rendere questo il tipo di evento che si verifica solo una volta ogni poche centinaia di anni.
Forse 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 dallo spazio. Nella storia dell'astronomia gamma-ray burst, i ricercatori hanno visto solo poche centinaia di fotoni ad alta energia provenienti da questi oggetti. LHASO visto 5,000 da questo unico evento. "Il lampo di raggi gamma è praticamente esploso nel cielo direttamente sopra di loro", ha detto Silvia Zhu, un astrofisico presso il German Electron Synchrotron (DESY) ad Amburgo.
Tra questi rilevamenti c'era un sospetto fotone ad alta energia a 18 teraelettronvolt (TeV), quattro volte più alto di qualsiasi cosa vista da un'esplosione di raggi gamma prima e più energico delle più alte energie ottenibili dal Large Hadron Collider. Un fotone così ad alta energia avrebbe dovuto essere perso sulla strada per la Terra, assorbito dalle interazioni con la luce di fondo dell'universo.
Allora come è arrivato qui? Uno possibilità è che, in seguito all'esplosione di raggi gamma, un fotone ad alta energia è stato convertito in una particella simile a un assione. Assioni si ipotizzano particelle leggere che può spiegare la materia oscura; si pensa che le particelle simili ad assioni siano leggermente più pesanti. Potrebbero esserlo i fotoni ad alta energia convertito in tali particelle da forti campi magnetici, come quelli attorno a una stella che implode. La particella simile a un assione viaggerebbe quindi attraverso la vastità dello spazio senza ostacoli. Quando è arrivato nella nostra galassia, i campi magnetici lo convertirebbero di nuovo in un fotone, che poi si sarebbe fatto strada verso la Terra.
Nella settimana successiva al rilevamento iniziale, più squadre di astrofisici suggerito questo meccanismo in articoli caricati sul sito di prestampa scientifica arxiv.org. "Sarebbe una scoperta davvero incredibile", ha detto Giorgio Galanti, astrofisico dell'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) in Italia, coautore di uno dei primo di questi giornali.
Eppure altri ricercatori si chiedono se il rilevamento di LHAASO possa essere un caso di identità errata. Forse il fotone ad alta energia proveniva da qualche altra parte e il suo momento di arrivo giusto era semplicemente una coincidenza. "Sono molto scettico", ha detto Milena Crnogorčević, astrofisico dell'Università del Maryland. "Attualmente sono propenso per il fatto che sia un evento di sottofondo". (A complicare ulteriormente le cose, un osservatorio russo segnalati un colpo da un fotone 251 TeV di energia ancora più elevata proveniente dall'esplosione. Ma "la giuria è ancora fuori" su questo, ha detto Racusin, vice scienziato del progetto sul telescopio Fermi. "Sono un po' scettico.")
Finora il team LHAASO non ha rilasciato risultati dettagliati delle loro osservazioni. Burns, che sta coordinando una collaborazione globale per studiare la 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 seduto su dati che hanno anche solo una piccola percentuale di possibilità di essere una prova determinante della materia oscura, sarei straordinariamente cauto in questo momento", ha affermato Burns. Se il fotone può essere collegato alla BOAT, "molto probabilmente sarebbe la prova di una nuova fisica e potenzialmente di materia oscura", ha detto Crnogorčević. Il team LHAASO non ha risposto a una richiesta di commento.
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, inclusi i principali enigmi sul jet stesso. “Come viene lanciato il jet? Cosa sta succedendo nel jet mentre si sta propagando nello spazio?" disse Tyler Parsotan, astrofisico a Goddard. "Sono domande davvero grandi".
Altri astrofisici sperano di utilizzare la 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, astronomo presso l'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. “Deve essere una stella molto grande. Una galassia come la nostra forse ogni milione di anni produrrà un'esplosione di raggi gamma. Perché una popolazione così rara emette lampi di raggi gamma?"
Anche se i lampi di raggi gamma si traducano in un buco nero o in una stella di neutroni al centro della stella collassata è una questione aperta. Un'analisi preliminare della BOAT suggerisce che il primo sia avvenuto in questo caso. "C'è così tanta energia nel jet che fondamentalmente deve essere un buco nero", ha detto Burns.
Quel che è certo è che questo è un incidente cosmico che non sarà eclissato per molte, molte vite. "Saremo tutti morti da tempo prima di avere la possibilità di farlo di nuovo", ha detto Burns.
