Gamma Ray Burst

1. Gamma Ray Burst Cosa sono?

2. 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

3. la loro scoperta! • Scoperta casuale fatta dai satelliti militari Vela • Obbiettivo rilevare emissione gamma dovuta ad esplosioni nucleari dell’ URSS • Rilevati lampi gamma dallo spazio

5. Due 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

6. L'avvento di Beppo - Sax • 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

7. 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

8. BSAX stana i primi lampi

10. La prontezza degli strumenti di BSAX ha consentito, il 23 gennaio 1998, di misurare per la prima volta il red-shift della controparte ottica di un lampo gamma. L’afterglow si trovava all’interno di una galassia con alto indice di formazione stellare distante 8 miliardi di anni luce. I lampi gamma sono quindi gli oggetti più energetici di tutto l’universo. Emettono circa 1046 watt e sono probabilmente prodotti dall’esplosioni di stelle massicce. I lampi gamma molto brevi restano un mistero

11. Aprile 2002: Beppo-Sax termina le operazioni Tocca a HETE-2

12. Dall’ottobre 2002 anche INTEGRAL osserva i lampi gamma

13. GRB030329 colto in flagrante! dal VLT

14. Si tratta di un lampo gamma molto luminoso e osservato subito dopo l’esplosione anche con strumenti amatoriali Il Very Large Telescope ne misura anche lo spettro

15. Sorpresa...dallo spettro emerge una supernova peculiare!

16. Le osservazioni mostrano che alcuni lampi gamma sono collegati ad esplosioni di supernova Ci sono alcuni modelli che spiegano il fenomeno

17. Modelli a confronto Il modello a palla di fuoco 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

18. 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.

19. 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.

20. Stelle massicce • Vita breve • Esplodono dentro le regioni di formazione stellare

21. Modelli a confronto La coalescenza di stelle di neutroni 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

22. Cosa può causare i GRB Hypernova Esplosione di una stella di 100 Mo Coalescenza di stelle di neutroni in un sistema binario

23. novembre 2004: lancio di SWIFT

24. UVOT BAT BAT XRT UVOT XRT Spacecraft

26. Swift al KSC Sunshade shielding UVOT & XRT BAT Solar Panels

27. Stazione di terra a Malindi:ASI

28. Ad oggi SWIFT ha rivelato circa 200 GRB

29. XRF Short GRB XRF XRF XRF XRF Short GRB XRF XRF Short GRB Short GRB Short GRB XRF Short GRB XRF XRF XRF Short GRB Short GRB Short GRB

30. GRB 050525a z = 0.606 (Gemini: Foley et al. 2005)

31. GRB 050525a – decadimento dell’emissione X e ottica XRT UVOT

32. Prima e durante SWIFT Come si pensava che si comportassero i GRB Come si comportano i GRB Time (sec)

33. Non sempre il decadimento è tranquillo Spesso si osservano dei brillamenti anche molto intensi Dopo il botto iniziale il motore è ancora attivo

34. XRT GRB 050904 GRB 050904 Campione di distanza z= 6.29

36. I lampi corti fanno centro

37. 2 lampi corti - 2 galassie ellittiche GRB 050724 GRB 050509B