Spari nell'Universo

Osservando il cielo notturno si rimane stupefatti dalla magnifica miriade di corpi celesti luminosi che appaiono ai nostri occhi. Più che pianeti e stelle, che possono osservarsi ogni sera, però, la nostra mente viene maggiormente impressionata da eventi transitori come meteoriti (“stelle cadenti”) che attraversano l'atmosfera terrestre, o comete che si avvicinano di tanto in tanto al nostro Sole, o anche eventi molto più rari (ma anche più appariscenti) come esplosioni di supernovae. Da qualche anno, i nostri migliori strumenti di indagine osservano pure degli eventi celesti straordinariamente più spettacolari, denominati gamma-ray bursts (GRB), letteralmente dei “lampi” di raggi gamma, dei fiotti di onde elettromagnetiche (della stessa natura della luce visibile) di frequenza elevatissima.

In un intero giorno vengono emessi alcuni GRB da un capo all'altro dell'Universo che, per qualche secondo, inondano con la loro radiazione un cielo altrimenti quasi completamente “oscuro” per quanto riguarda appunto i raggi gamma. Infatti, quando avvengono tali lampi, essi sorpassano in splendore qualsiasi altra sorgente di raggi gamma nel cielo, incluso anche il nostro Sole: sono certamente esplosioni che liberano energia elettromagnetica nella maniera più concentrata e luminosa mai osservata nell'Universo. Per dare qualche numero, il rilascio iniziale di energia da parte dei GRB, per la durata di qualche decina di secondi, è confrontabile con quella emessa dal Sole in circa 10 miliardi di anni, o anche con quella che l'intera nostra galassia, la Via Lattea, emette in qualche anno!

Queste, però, non sono le uniche caratteristiche affascinanti di tali eventi celesti spettacolari. Infatti, grazie alle scoperte effettuate nel 1997 dal satellite Beppo-SAX, che rivelò gli ultimi bagliori dei GRB, non sottoforma di raggi gamma ma di raggi X (ossia radiazione di minore frequenza), sappiamo ora che le esplosioni che danno origine ai GRB osservati qui a Terra avvengono in corpi celesti che si trovano a distanze cosmologiche da noi. Cosa vuol dire cio?

Quando viene sparato un proiettile da un'arma, siamo abituati a pensare che esso raggiunga immediatamente il bersaglio, data la sua grande velocità. Questo, però, non è vero, come ci si può facilmente convincere allontanando di molto il bersaglio dall'arma: il proiettile impiega un certo tempo a raggiungere il bersaglio a causa del fatto che la sua velocità è finita (la simultaneità si avrebbe solo se la velocità del proiettile fosse infinita), e maggiore è la distanza arma-bersaglio, maggiore sarà il tempo “di volo” e quindi il ritardo tra partenza e arrivo. Lo stesso avviene se  come proiettile viene usato un raggio di luce o di una qualsiasi altra onda elettromagnetica, che viaggiano con l'incredibile velocità di circa 300.000 Km al secondo. Sulla Terra, però, non riusciamo ad accorgerci facilmente del suddetto ritardo temporale, poichè le distanze che potrebbero essere percorse sono “piccole” rispetto a quelle che la luce coprirebbe con la sua velocità in tempi umanamente apprezzabili. Riusciamo, invece, ad accorgerci di tali ritardi su lunghezze “spaziali”: ad esempio, la luce che emette il Sole dalla sua superficie impiega circa 8 minuti per giungere sulla Terra. Questo vuol dire che il Sole che appare a noi in un dato momento è, in realtà, come appariva “da vicino” 8 minuti prima: paradossalmente, se fosse avvenuto qualche evento catastrofico sul Sole 2 minuti fa, per esempio, ce ne accorgeremmo solo tra 6 minuti, non prima.

Ritornando ai GRB, grazie alle osservazioni di Beppo-SAX e di altri satelliti quali Swift, Fermi, ecc. Sappiamo che essi sono emessi da oggetti a grandissime distanze dalla Terra: all'incirca, più di un milione di miliardi di volte più distanti dalla Terra che non il Sole! Seguendo il ragionamento di sopra, allora, ciò implica che questi “lampi” ci stanno fornendo informazioni non su corpi celesti attualmente presenti nell'Universo, bensì su quelli che parteciparono alle prime fasi di evoluzione del nostro Universo, più di 10 miliardi di anni fa, e quindi molto prossimi al Big Bang, la grande esplosione che ha dato origine al nostro Universo circa 13 miliardi di anni fa.

Cosa ha prodotto, dunque, questi spari nell'Universo? Sebbene non vi sia ancora una spiegazione complessiva soffisfacente, e quindi universalmente accettata, data la complessità del problema e soprattutto la mancanza di dati sufficienti, tuttavia alcune cose sono già ben chiare. L'interpretazione attuale di questo fenomeno spettacolare è che l'energia gravitazionale corrispondente a circa quella dovuta ad una massa pari a quella del nostro Sole viene rilasciata in un tempo molto breve (secondi o anche meno) in una “piccola” regione dello spazio di dimensioni di qualche decina di chilometri da un “cataclisma” stellare. In alcuni casi, quest'ultimo può essere il collasso della parte centrale di una stella molto massiccia, oppure, in altri casi, la fusione di due frammenti stellari molto compatti, che alla fine portano alla formazione di un buco nero. Nello scenario più accreditato, una “piccola” parte dell'energia liberata in tale cataclisma cosmico viene convertito in energia elettromagnetica attraverso la dissipazione dell'energia che possiede un getto di particelle (un fireball) molto veloci emesso nella parte centrale dove avviene il cataclisma. Tale parte centrale funzionerebbe, quindi, come una vera e propria “macchina” alimentata dall'energia gravitazionale dovuta all'accrescimento della materia circostante intorno alla parte collassata della stella o al buco nero.

Che cosa ci aspetta ancora nel prossimo futuro? L'indagine sul nostro Universo continua come in un serial avvicente, e dobbiamo solo attendere la prossima puntata.

S. Esposito, fisico