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
Opacita` dell’atmosfera (km)
140
120
100
80
60
40
20
Lunghezza d’onda
Nuclei Galattici
Attivi e
Getti Radio
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
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



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
Sole
Molto vicini, nell’alone o cosmologici?
“Via Lattea”
Fred Lamb Martin Rees
Bodan Paczynski
I burst sono delle
I burst sonoIndovuti
a dobbiamo
ogni caso
esplosioni che
stelle di neutroni
immaginare un gigantesco
in galassie
nell’alone della
Viadi energia in avvengono
rilascio
pochi
lontane.
Lattea
secondi, e in un volume
moltoProducono
piu` energia di una
piccolo, con una dimensione
supernova.
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
v=0.9999 c
Collisione
“interna”
Raggi
gamma
E l’afterglow?
Fireball
Materia
interstellare
Collisione
con la
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`!
Telescopio X:
Osservatorio
di Brera!
Telescopio 
Telescopio
ottico
Data di
lancio:
5 Dic. 2003
Grazie dell’attenzione!
Giovedi` prossimo:
Stefano Covino:
“Lampi di luce gamma: nascita dei buchi neri?”