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Cosmiche esplosioni di raggi gamma

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Il 9 ottobre 2022, alle 13:21 Tempo Universale, l’osservatorio spaziale per raggi gamma dell’ESA INTEGRAL (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) ha rivelato un enorme flusso di raggi gamma che ha colpito la Terra. Il più forte lampo gamma mai registrato.

“È stato il più luminoso lampo gamma mai rivelato sinora” spiega Pietro Ubertini, dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, di Roma, e Principal investigator dello strumento IBIS di INTEGRAL. È stato così forte che il secondo in ordine di intensità è dieci volte meno luminoso”.

Contemporaneamente ad INTEGRAL, il satellite CSES-01 (China Seismo-Electromagnetic Satellite), frutto della collaborazione tra l’Agenzia Spaziale Italiana e quella cinese, che orbita in alta ionosfera (lo strato più alto e tenue dell’atmosfera terrestre), ha osservato una grossa perturbazione del campo elettrico, dovuta a una improvvisa, forte corrente. Si è trattato di un effetto mai osservato in precedenza nella parte superiore della ionosfera (a circa 500 km). La ionosfera è uno strato fondamentale per la propagazione delle onde radio, senza la quale non si potrebbero effettuare trasmissioni radio di bassa frequenza attorno al pianeta. 

“Siamo stati fortunati perché al momento dell’arrivo del lampo gamma il satellite CSES si trovava dalla parte della pianeta colpita dall’enorme flusso di raggi gamma” dichiara Mirko Piersanti, ricercatore dell’Università degli Studi dell’Aquila e primo autore del lavoro scientifico pubblicato su Nature Communications il 14 novembre 2023.

L’effetto di GRB221009A, come viene chiamato, “è stato immediatamente osservato da CSES, ma la quantità di energia che ha investito il pianeta in un tempo così breve è stata talmente grande che ci ha immediatamente fatto pensare che ci potessero essere anche degli effetti sulle caratteristiche della ionosfera mai osservati in precedenza” afferma il prof. Roberto Battiston dell’Università di Trento.

Infatti, i ricercatori italiani della collaborazione CSES, conoscendo bene gli effetti che lampi di luce solare provocano nella ionosfera, hanno subito realizzato che un GRB straordinariamente intenso come quello del 9 ottobre potesse avere un profondo impatto sulla parte alta della ionosfera. Tuttavia, non ne erano certi dato che in passato solo alcuni GRB erano stati in grado di generare variazioni significative sulla ionosfera, ma solo a basse quote e di notte, quando il contributo legato all’illuminazione solare non è presente.

“È stato eccitante scoprire  l’effetto registrato dal rivelatore di campo elettrico (EFD) a bordo di CSES, pochi istanti dopo l’arrivo del GRB221009A intercettato da INTEGRAL. Rappresentava la prova che la ionosfera terrestre era stata ionizzata in modo così intenso da raggi gamma di alta energia, da generare una variazione della conducibilità tale da produrre variazioni del campo elettrico ionosferico”, afferma Mirko Piersanti. Grazie alla straordinaria sensibilità di EFD è stato possibile osservare per la prima volta questo effetto.

Questo tipo di risultato conferma l’idea che una supernova che avesse luogo nella nostra galassia potrebbe avere conseguenze molto serie per il nostro pianeta. C’è un grande dibattito scientifico sulle possibili conseguenze di un GRB Galattico, potenzialmente miliardi di volte più intenso di questo. Nel peggiore dei casi potrebbe alterare lo strato di ozono atmosferico che protegge la vita biologica dalle radiazioni ultraviolette prodotte dal Sole. C’è chi sostiene che un simile effetto possa essere la  possibile causa di alcune delle estinzioni di massa avvenute nel passato, idea che tuttavia rimane a livello di ipotesi.

Dopo questa scoperta i ricercatori del gruppo CSES, guidati da Mirko Piersanti, hanno iniziato ad analizzare sistematicamente tutti i dati di campo elettrico di CSES in coincidenza con i GRB rilevati nel passato.

I risultati di questa analisi sono pubblicati in “Evidence of an upper ionospheric electric field perturbation correlated with a gamma ray burst” di Piersanti M., Ubertini, P., Battiston, R., et al. [Nature Communication, 2023, https://doi.org/10.1038/s41467-023-42551-5].

Mirko Piersanti – Ricercatore Dipartimento Scienze fisiche e chimiche

Mirko Piersanti
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