I lampi di luce più energici dell'universo producono reazioni nucleari mortali

I lampi di raggi gamma sono tra gli eventi più potenti dell'universo, si accendono quando le stelle muoiono in esplosioni massicce o quando si fondono in ... esplosioni massicce. 

Quando si verificano queste violente esplosioni cosmiche, agiscono come fari cosmici, rilasciando fasci di alcune delle luci più brillanti dell'universo, insieme a una marea di neutrini, quelle particelle sottili e spettrali che scivolano attraverso l'universo quasi del tutto inosservate. 

Chiaramente, non vorresti essere esposto a uno di questi micidiali esplosioni di energia che friggono il DNA. Ma i fisici pensavano che i lampi di raggi gamma fossero pericolosi solo se ci si trovava nello stretto percorso di uno dei getti provenienti dall'esplosione. Sfortunatamente, un nuovo studio aggiornato sul database arXiv il 29 novembre (ma non ancora sottoposto a peer review) suggerisce che queste eruzioni sono brutte notizie tutt'intorno e potrebbero inviare raggi mortali ad un angolo molto più ampio di quanto si pensasse in precedenza.

Fabbriche di raggi gamma cosmici

Nel corso dei decenni, gli astronomi hanno identificato due tipi di lampi di raggi gamma celesti (chiamati in breve GRB): quelli lunghi che durano più di 2 secondi (fino a diversi minuti) e quelli brevi che durano meno di 2 secondi. Non siamo esattamente sicuri di cosa causi i GRB nello spazio, ma si pensa che quelli lunghi siano prodotti quando le stelle più grandi del nostro universo muoiono in esplosioni di supernova, lasciandosi dietro stelle di neutroni o buchi neri. Una morte catastrofica come quella rilascia enormi quantità di energia in un lampo relativo, e voilà! Lampi di raggi gamma.

I GRB corti, d'altra parte, si pensa abbiano origine da un meccanismo completamente diverso: la fusione di due stelle di neutroni. Questi eventi non sono così potenti come i loro cugini supernova, ma provocano abbastanza caos a livello locale da produrre un lampo di raggi gamma.

All'interno di un motore a reazione

Tuttavia, quando le stelle di neutroni si scontrano, è una cosa brutta. Ogni stella di neutroni pesa molte volte la massa del sole terrestre, ma quella massa è compressa in una sfera non più ampia di una tipica città. Al momento dell'impatto tra due di questi oggetti, orbitano ferocemente l'uno sull'altro a una buona frazione della velocità della luce. 

Successivamente, le stelle di neutroni si fondono per formare una stella di neutroni più grande o, se le condizioni sono giuste, un buco nero, lasciando dietro di sé una scia di distruzione e detriti dal cataclisma precedente. Questo anello di materia collassa sul cadavere dell'ex stella di neutroni, formando quello che è noto come disco di accrescimento. Nel caso di un buco nero di nuova formazione, questo disco alimenta il mostro al centro del mucchio di rottami a una velocità fino a pochi soli al secondo.

Con tutta l'energia e il materiale che turbinano e si riversano nel centro del sistema, una danza complicata (e poco compresa) di forze elettriche e magnetiche avvolge il materiale e lancia getti di quella materia verso l'alto e lontano dal nucleo, lungo l'asse di rotazione dell'oggetto centrale e nel sistema circostante. Se quei jet sfondano, appaiono come giganteschi proiettori brevi che si allontanano dalla collisione. E quando questi riflettori puntano verso la Terra, riceviamo un impulso di raggi gamma.

Ma quei getti sono relativamente stretti, e finché non vedi il GRB frontalmente, non dovrebbe essere così pericoloso, giusto? Non così in fretta.

Fabbrica di neutrini

Si scopre che i getti si formano e si allontanano dal luogo della fusione delle stelle di neutroni in un modo disordinato e complicato. Le nubi di gas si attorcigliano e si aggrovigliano l'una sull'altra, ei flussi di radiazioni e materiale dal buco nero centrale non arrivano in una linea netta e ordinata.

Il risultato è un caos totale e distruttivo.

Nel nuovo studio, una coppia di astrofisici ha esplorato i dettagli di questi sistemi dopo l'evento di collisione. I ricercatori hanno prestato molta attenzione al comportamento di enormi nuvole di gas mentre inciampano su se stesse nella fuga precipitosa alimentata dai jet in fuga.

A volte, queste nuvole di gas si scontrano tra loro, formando onde d'urto che possono accelerare e alimentare i propri gruppi di radiazioni e particelle ad alta energia, note come raggi cosmici. Questi raggi, costituiti da protoni e altri nuclei pesanti, ricevono abbastanza energia per accelerare quasi alla velocità della luce, quindi possono fondersi temporaneamente per produrre combinazioni esotiche e rare di particelle, come i pioni.

I pioni poi decadono rapidamente in piogge di neutrini, minuscole particelle che inondano l'universo ma che raramente interagiscono con altra materia. E poiché questi neutrini sono prodotti al di fuori della regione stretta del getto che esplode lontano dal GRB stesso, possono essere visti anche quando non otteniamo l'esplosione completa dei raggi gamma.

I neutrini stessi sono un segno che reazioni nucleari feroci e mortali stanno avvenendo più lontano dal centro dei getti. Non sappiamo ancora esattamente quanto si estenda la zona di pericolo, ma è meglio prevenire che curare.

Quindi, in sintesi: non avvicinarti a stelle di neutroni in collisione.

Paul M. Sutter è un astrofisico presso La Ohio State University, ospite di Chiedi a un astronauta e Radio spaziale, e autore di Il tuo posto nell'universo.

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