Osservatorio di Brera Milano Lampi di luce gamma (Gamma-Ray Bursts): le piu` potenti esplosioni cosmiche Gabriele Ghisellini Osservatorio di Brera Milano

Lo spettro elettromagnetico Quello che vediamo noi… …Ma c’è di PIÙ GRB

140 120 100 80 Opacita` dell’atmosfera (km) 60 40 20 Lunghezza d’onda

Nuclei Galattici Attivi e Getti Radio Milioni luce di anni luce !

Stelle di Neutroni e Pulsar Nebulosa del Granchio: resto di supernova esplosa nel 1054 DC Radio Infrarosso Pulsar Ottico Raggi X

Radiazione cosmica di fondo Penzias e Wilson

Lunghezza d’onda Opacita` dell’atmosfera (km) 140 120 100 80 60 40 20 Raggi X Lunghezza d’onda

Riccardo Giacconi, Premio Nobel 2002 per la Fisica

Buchi neri

Nascita dell’astronomia gamma Guerra fredda - Test di esplosioni nucleari

Coppie di satelliti “VELA” (da velar = guardare) Nei primi anni `60: trattato contro i test nucleari tra americani e russi Coppie di satelliti “VELA” (da velar = guardare) Rivelatori per raggi X e per raggi gamma Terra Luna

BURST!

Terra Luna

Dopo 6 anni di segreto militare:

Estrema variabilita`:

Perche` mai raggi gamma? Mistero… le SN emettono soprattutto nel visibile.. SN1987A prima dopo

... e si capisce il perche` h Carinae

Il mistero continua per 30 anni Dopo i satelliti Vela, altri satelliti rivelano decine di gamma Ray Bursts Pero` non si riesce a capire quasi nulla della loro natura, anche se vengono pubblicati piu` di 100 modelli diversi! La domanda e`: a che distanza sono queste sorgenti?

Sono isotropi ?

Provengono dal piano galattico?

1991: lancio del Gamma Ray Observatory

Provengono da tutte le direzioni!

Molto vicini, nell’alone o cosmologici? Sole Molto vicini, nell’alone o cosmologici?

“Via Lattea”

Fred Lamb Bodan Paczynski Martin Rees I burst sono delle esplosioni che avvengono in galassie lontane. Producono piu` energia di una supernova. I burst sono dovuti a stelle di neutroni nell’alone della Via Lattea In ogni caso dobbiamo immaginare un gigantesco rilascio di energia in pochi secondi, e in un volume molto piccolo, con una dimensione dell’ordine di alcuni chilometri

Perche` non si riusciva a determinare la distanza? Perche` i rivelatori di raggi gamma non sono molto precisi nel determinare la direzione di provenienza. Nel migliore dei casi: un grado quadrato.

Mezzo grado

1997: la svolta Il 30 Aprile 1996 viene lanciato BeppoSAX, un satellite italo-olandese per l’astronomia X. Porta a bordo un rivelatore per raggi X duri dotato di “maschera codificata” Riesce a localizzare la direzione di arrivo dei fotoni X con la precisione di qualche minuto d’arco (un minuto d’arco=1/60 di grado) Beppo Occhialini

Foro stenopeico (pinhole) Piu` piccolo il buco, migliore e` la definizione dell’immagine, ma meno luce entra…

La soluzione e` fare tanti buchi… A patto di 1) sapere dove sono; 2) avere un software adeguato

Dopo 6-8 ore… Telescopi X

AFTERGLOW !

E da terra…

Il flusso decade nel tempo

Si puo` misurare la distanza! GRB 000131 Redshift z=4.5 !

Miliardi di anni luce… Aveva ragione Paczynski. I GRB sono tra le sorgenti piu` distanti che conosciamo La loro energia e` quindi enorme: 1053 erg: Come 100 Supernovae Come il Sole per 3000 miliardi di anni Come tutta la nostra Galassia per 100 anni E tutto cio` in pochi secondi….

Riassumendo: Durata raggi gamma: qualche secondo Dopo: fase di afterglow: emissione a tutte le frequenze Energia: 1053 erg (=100 Supernovae) Variabilita`: qualche millisecondo Provengono da tutte le direzioni

Fireball

Cosa e` una fireball? E` un mini-Big Bang. Se si rilascia energia in un volume piccolo, il destino e` segnato, indipendentemente dai dettagli

La pressione interna spinge ed accelera v=0.9999 c

Problema: come ritrasformare l’energia cinetica in radiazione? v=0.999 c Collisione “interna” Raggi gamma v=0.9999 c

E l’afterglow? Fireball Afterglow Collisione con la materia interstellare Materia interstellare Afterglow La fireball rallenta

Modello standard

Perche` sono importanti? Perche` sono laboratori di fisica in condizioni estreme Perche` sono le sorgenti piu` potenti: studio dell’universo lontano (prime stelle, prime galassie) Fra un anno ne sapremo di piu`!

Data di lancio: 5 Dic. 2003 Osservatorio di Brera! Telescopio X: 2 m Telescopio ottico Data di lancio: 5 Dic. 2003

Grazie dell’attenzione! Giovedi` prossimo: Stefano Covino: “Lampi di luce gamma: nascita dei buchi neri?”