Gamma Ray Burst

Cosa sono?Cosa sono?

I gamma ray burst sono:

•Esplosioni improvvise di raggi gamma

•Hanno una durata da pochi decimi di secondo fino a 30-40 s

•Non si ripetono mai (ad eccezione dei soft repeaters)

•Appaiono improvvisamente in qualsiasi regione del cielo

•Si presentano con una distribuzione isotropa sulla sfera celeste

•Vengono registrati con una frequenza di un lampo al giorno

•Scoperta casuale fatta dai satelliti militari Vela

•Obbiettivo rilevare emissione gamma dovuta ad esplosioni nucleari dell’ URSS

•Rilevati lampi gamma dallo spazio

Due scuole di pensieroDue scuole di pensiero

Lampi di origine galattica

• distribuzione uniforme nell’alone

• eventi energetici ma non estremi

• eventi prodotti da astri dell’universo attuale

Lampi di origine

extragalattica• distribuzione uniforme nel cielo

• Eventi di estrema energia (1046 watt )

• secondi solo al big bang

• due possibili progenitori

• coalescenza di stelle di neutroni

• supernovae e ipernovae

BSax dispone di una strumentazione eccellente:

• Un dispositivo che può essere utilizzato per rilevare GRB

• Un telescopio X per ridurre il cerchio di incertezza

• Un veloce sistema di interscambio delle informazioni

BSax ha prodotto risultati eccezionali

• Ha osservato la luminescenza X residua di più di 20 lampi gamma

•Ha osservato l’evoluzione spettrale dei lampi più brillanti

• ha permesso di identificare in alcuni casi le controparti ottiche dei lampi

Beppo-SAX permette di individuare gli afterglow nei raggi X e controlla il loro progressivo indebolimento fornendo importanti indicazioni per l’individuazione delle controparti ottiche

La prontezza degli strumenti di La prontezza degli strumenti di BSAX ha consentito, il 23 BSAX ha consentito, il 23 gennaio 1998, di misurare per la gennaio 1998, di misurare per la prima volta il red-shift della prima volta il red-shift della controparte ottica di un lampo controparte ottica di un lampo gamma.gamma.

L’afterglow si trovava all’interno L’afterglow si trovava all’interno di una galassia con alto indice di una galassia con alto indice di formazione stellare distante 8 di formazione stellare distante 8 miliardi di anni luce.miliardi di anni luce.

I lampi gamma sono quindi gli I lampi gamma sono quindi gli oggetti più energetici di tutto oggetti più energetici di tutto l’universo. Emettono circa 10l’universo. Emettono circa 104646 watt e sono probabilmente watt e sono probabilmente prodotti dall’esplosioni di stelle prodotti dall’esplosioni di stelle massicce.massicce.

I lampi gamma molto brevi I lampi gamma molto brevi restano un misterorestano un mistero

Dall’ottobre 2002 ancheDall’ottobre 2002 anche

INTEGRAL osserva i INTEGRAL osserva i

lampi gammalampi gamma

Si tratta di un lampo gamma Si tratta di un lampo gamma

molto luminoso e osservato molto luminoso e osservato

subito dopo l’esplosione anche subito dopo l’esplosione anche

con strumenti amatorialicon strumenti amatoriali

Il Very Large Telescope ne misura anche lo spettro

Una stella molto massiccia come le stelle di Wolf-Rayet termina la sua esistenza con un’esplosione, il nucleo collassa in un buco nero mentre un’onda d’urto rimbalza su di esso e getta gli strati esterni della stella nello spazio

Il collasso del nucleo non è uniforme.

All’equatore è ostacolato dalla rotazione.

Nei pressi dei poli il collasso procede

inesorabilmente creando, in queste regioni

della stella, un’onda d’urto che anticipa il

fronte d’onda equatoriale e produce un fascio

di particelle in rapida espansione. Queste

particelle nell’attraversare gli strati esterni

producono, per bremmstrahlung, fotoni

gamma, resi ancora più energetici con

l’effetto Compton inverso.

Il lampo gamma è quindi ben collimato ed è osservabile soltanto se la nostra linea di vista è allineata con l’asse di rotazione della stella, nel caso opposto osserveremo solo una supernova. Nel caso la nostra linea di vista intercetti il bordo del cono di raggi gamma, vedremo il lampo gamma indebolito e la supernova.

• Stelle massicce

• Vita breve

• Esplodono dentro le regioni di formazione stellare

Due stelle di neutroni in un sistema binario perdono energia per emissione di onde gravitazionali, al momento dell’impatto si produce un’onda d’urto che, interagendo con la materia circostante, emette lampi gamma ben collimati

• Le stelle di neutroni sono il residuo prodotto da un evento di supernova

• L’evento di supernova non è simmetrico

• Le stelle di neutroni possono trovarsi lontane dalle regioni di formazione stellare

• I lampi dovuti alla coalescenza potrebbero trovarsi negli aloni galattici

• La durata del fenomeno è breve, non superiore a 2 secondi

Cosa può causare i GRB

HypernovaEsplosione di una stella di 100 Mo

Coalescenza di stelle di neutroni in un sistema binario

BAT

XRT

Spacecraft

UVOT

BAT

UVOT

XRT

Swift al KSC

BAT

Solar Panels

Sunshade shielding UVOT &

XRT

Stazione di terra a Malindi:ASI

Ad oggi SWIFT ha rivelato circa 200 GRB

XRFShortGRB

XRF

ShortGRB

XRF

XRFXRF

XRF

XRF

ShortGRB

XRF

ShortGRB

ShortGRB

ShortGRB

ShortGRBXRF

XRFXRF

ShortGRB Short

GRB

z = 0.606 (Gemini: Foley et al. 2005)

GRB 050525a

GRB 050525a – decadimento dell’emissione X e ottica

XRT

UVOT

Prima e durante SWIFT

Come si pensava che si comportassero i GRB

Come si comportano i GRB

Time (sec)

Non sempre il decadimento è tranquillo

Spesso si osservano dei brillamenti anche molto intensi

Dopo il botto iniziale il motore è ancora attivo

XRT GRB 050904

GRB 050904

Campione di distanza z= 6.29

I lampi corti fanno centro

GRB 050509B

GRB 050724

2 lampi corti - 2 galassie ellittiche