Un team di ricercatori ha studiato diverse proprietà fondamentali di una nuova tipologia di gamma ray burst (Grb) chiamati “Platinum sample”. La ricerca include alcuni casi di Grb associati alle kilonove analizzati per la prima volta.
I cacciatori di gamma ray burst (Grb), guidati da Maria Giovanna Dainotti dell’Istituto nazionale di Astrofisica (INAF), dopo aver scoperto un campione d’oro, hanno scoperto il cosiddetto “piano fondamentale“: una relazione a tre parametri sulla quale si posizionano Grb di diversa natura ma con una caratteristica comune, appartenere alla classe “dorata”. I ricercatori, dopo aver trovato l’oro hanno trovato anche il platino: un nuovo campione di Grb, di simile natura e durata, ma con curve di luce caratterizzate da una lunga fase di plateau senza improvvisi flares. Questo campione, assieme alle kilonove, ha consentito di cesellare al meglio il legame fra i parametri fisici che determinano il piano fondamentale, come mezzo per discriminare varie categorie di Grb, e utilizzarle come strumenti cosmologici per misurare l’espansione dell’universo.
I Grb sono i corpi celesti più energetici dell’universo, in pochi secondi rilasciano l’energia prodotta dal Sole nell’arco di tutta la sua vita. L’articolo è stato pubblicato il 25 novembre 2020 su The Astrophysical Journal, la prima autrice è Maria Giovanna Dainotti, assistant professor dell’Osservatorio astronomico presso la Jagiellonian University, a Cracovia, ricercatrice senior dell’Interdisciplinary Theoretical & Mathematical Science Program a Riken, in Giappone, e affiliated research scientist del Science space istitute a Boulder, in Colorado.
“Il lavoro che abbiamo pubblicato” spiega la Dainotti in un’intervista su Media Inaf “è il risultato di più di 12 anni di studi, cominciati al termine del mio dottorato, quando ho iniziato a interessarmi alla correlazione fra gli osservabili di questi misteriosi e potentissimi oggetti astrofisici. Anno dopo anno – e in questo articolo, in collaborazione con i giovani ricercatori Giuseppe Sarracino e Aleksander Lenart, e i colleghi professori Salvatore Capozziello, Shigeiro Nagataki e Nissim Fraja – siamo riusciti ad aggiungere tutti i tasselli necessari a comporre la nostra relazione a tre parametri – che abbiamo chiamato piano fondamentale dei Grb”
Gli astronomi sono in grado di misurare direttamente solo le distanze dagli oggetti che sono vicini alla Terra e devono invece calcolare le distanze dagli oggetti più lontani. Tutti gli oggetti utilizzati per ricavare le misure di distanze cosmologiche hanno luminosità note e sono detti “candele standard”. Una volta nota la luminosità assoluta della candela standard, la distanza dell’oggetto può essere dedotta in base alla misura della sua luminosità. Le supernovae di tipo Ia, ad esempio, vengono osservate fino a 11 miliardi di anni luce. L’uso dei GRB come nuovo tipo di candele standard permetterà agli astronomi di guardare più lontano e comprendere l’universo, ampliando i modelli che ne svelano l’evoluzione.
Nonostante decenni di studi, non è ancora disponibile un modello completo in grado di spiegare i meccanismi fisici e le proprietà di questi oggetti. Sono state proposte molte spiegazioni per i GRB, l’esplosione di una stella estremamente massiccia (i GRB di lunga durata) o la fusione di due oggetti compatti (i GRB di breve durata).
Le Kilonovae (KNe) sono oggetti legati ai GRB della durata inferiore ai due secondi. Questi GRB derivano da esplosioni dovute alla fusione di due stelle di neutroni. Il rilevamento dell’emissione di raggi X in un punto coincidente con il transitorio KN può fornire il collegamento osservazionale mancante tra GRB brevi e onde gravitazionali prodotte dalle fusioni di stelle di neutroni. La prima rilevazione di KN associata alle onde gravitazionali e il GRB corto 170817 ha inaugurato una nuova era di osservazioni e di indagini teoriche. Il pezzo mancante di questa lunga storia è la connessione tra KNe e le correlazioni osservazionali GRB che Dainotti e il suo team ora forniscono.
Seppur osservati con lo stesso satellite, in questo caso l’Osservatorio rapido di Neil Gehrels della NASA, i GRB mostrano caratteristiche che variano notevolmente anche di diversi ordini di grandezza, sia nell’emissione immediata (l’evento principale nei raggi gamma), che per nella fase di afterglow estesa (che segue l’emissione immediata e si vede su una vasta gamma di lunghezze d’onda). Nello studio, il punto chiave è la caccia alle caratteristiche che rimangono invarianti secondo le classi peculiari dei GRB.
Il team ha trovato una correlazione tra le seguenti tre variabili che identifica un piano: la durata della fase di plateau dei raggi X, la sua luminosità, e la luminosità della caratteristica dei raggi gamma di picco prompt. Le distanze dei GRB dal piano di una data classe hanno permesso agli autori di determinare se i GRB appartengono a quella particolare classe, mostrando diverse caratteristiche relative a questa correlazione 3-D. il team della Dainotti mostra anche che, sebbene gli eventi GRBs-KNe siano un sottocampione della classe più grande di GRB di breve durata, essi mostrano alcune peculiarità osservazionali: infatti, essi si trovano tutti al di sotto del piano fondamentale.
In questa analisi, i pregiudizi di selezione e gli effetti evolutivi sono stati presi in considerazione e hanno dimostrato che il piano fondamentale individuato dalle kilonovae è affidabile ed è indipendente dagli effetti di selezione; quindi, sarà possibile applicare in futuro questo piano come strumento cosmologico. Infatti, il piano GRBs-KNe ha la più piccola distanza osservata dal suo piano, chiamata dispersione intrinseca. Qui questa dispersione è del 29% più piccola di un’analisi precedente che proveniva da un comunicato stampa della NASA nel 2016. Questo risultato è stato raggiunto senza assumere alcun criterio di osservazione, come era stato fatto in studi precedenti eseguiti da alcuni degli autori di questa ricerca. Questo nuovo risultato è quindi un passo avanti rispetto alle analisi precedenti.
Tutti i KN-SGRB cadono al di sotto del piano di montaggio migliore. Inoltre, i GRB associati al piano KNe hanno ancora una distanza molto piccola dal rispettivo piano delle kilonovae quando si tiene conto dell’evoluzione. Più piccola è la distanza dal piano, più utile è l’utilizzo del piano come strumento cosmologico. Un grande vantaggio dell’uso dei GRB associati alle kilonovae è che gli eventi GRB-KNe hanno un processo di emissione fisica più chiaro rispetto ad altre classi di GRB osservazionali.
I risultati ottenuti indicano che questi GRB “speciali” prendono posto nel “piano fondamentale” con una dispersione molto inferiore rispetto agli studi svolti in precedenza, tanto da poter essere utilizzati come candele standard per stimare i parametri cosmologici e misurare con una precisione maggiore l’espansione dell’universo.
Fonte: https://gaetaniumberto.wordpress.com/2020/11/26/kilonovae-saranno-le-nuove-candele-standard/
Fonte: https://www.media.inaf.it/2020/11/27/grb-kilonove-platinum-sample/
