Un articolo pubblicato sulla rivista “Nature” riporta la rilevazione di elementi pesanti tra cui il tellurio espulsi da una kilonova, la fusione tra due stelle di neutroni. Un team di ricercatori è partito dal lampo gamma catalogato come GRB 230307A per esaminare dati raccolti da telescopi al suolo e spaziali che hanno permesso di identificare le caratteristiche di una kilonova all’origine di quella potentissima esplosione, durata circa 200 secondi nel secondo lampo gamma più luminoso rilevato finora.

Il telescopio spaziale James Webb ha permesso di esaminare l’ambiente attorno alla kilonova con gli strumenti NIRCam e NIRSpec rilevando le tracce spettroscopiche lasciate nelle emissioni da materiali espulsi ad alta velocità. Per la prima volta, è stato rilevato il tellurio, un elemento molto raro sulla Terra. Webb ha anche permesso di accertare che la coppia di stelle di neutroni che si è fusa è stata espulsa dalla sua galassia madre centinaia di milioni di anni fa.

L’immagine in alto (NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (IMAPP, Warw), A. Pagan (STScI)) mostra la posizione della kilonova che ha amesso il lampo gamma GRB 230307A e la galassia madre da dove sono arrivate le stelle progenitrici.

Molti anni dopo che il concetto di kilonova venne teorizzato, l’evento di onde gravitazioni catalogato come GW170817 permise di osservarne una in una collaborazione internazionale che portò a molte osservazioni in tutte le bande elettromagnetiche. Le kilonove sono rare ma avere esempi utili per riconoscerle più facilmente rappresenta un grande aiuto che ha contribuito a identificarne una rilevata nei mesi scorsi.

Il 7 marzo 2023, il telescopio spaziale Fermi della NASA ha rilevato il lampo gamma GRB 230307A, estremamente potente anche per gli standard di queste esplosioni straordinariamente energetiche. Il telescopio spaziale Swift, anch’esso della NASA, è stato il secondo a rilevare quel lampo gamma e l’allarme che è seguito alla scoperta ha permesso di condurre osservazioni di quell’evento e delle sue conseguenze con altri strumenti nelle varie bande elettromagnetiche.

Questa mole di dati ha portato all’osservazione dell’evoluzione dell’evento con una componente ottica e infrarossa debole rispetto a raggi gamma e raggi X e un rapido spostamento verso il rosso dovuto al raffreddamento dei materiali. Si tratta delle caratteristiche di una kilonova. Gli astronomi pensavano che i lampi gamma brevi fossero emessi dalle kilonove ma GRB 230307A è decisamente un lampo gamma di lunga durata.

Il telescopio spaziale James Webb ha una sensibilità agli infrarossi che ha fornito osservazioni cruciali per identificare l’origine delle stelle di neutroni che hanno generato la kilonova. La scoperta intrigante è che questa coppia era una sorta di orfana che probabilmente era stata espulsa da una galassia distante circa 120.000 anni luce. Le due stelle progenitrici sono esplose molto tempo fa lasciando due stelle di neutroni e spingendo la coppia fuori dalla loro galassia madre per viaggiare per centinaia di milioni di anni nello spazio intergalattico.

Gli strumenti NIRCam (Near-Infrared Camera) and NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) del telescopio spaziale James Webb hanno offerto altre informazioni molto importanti sulle conseguenze della kilonova sotto forma di emissioni spettroscopiche. Esse hanno permesso di trovare le tracce lasciate nelle emissioni elettromagnetiche da elementi chimici espulsi dalla kilonova. C’è un picco di tellurio, un elemento che sulla Terra è più raro del platino. L’immagine in basso (NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)) mostra le emissioni spettrali rilevate da NIRSpec e il confronto tra il picco del tellurio rilevato e quello previsto dal modello teorico.

Le kilonove sono considerate le produttrici di diversi elementi più pesanti del ferro e la rilevazione del tellurio rappresenta una prova importante. Il telescopio spaziale James Webb è prezioso anche per questo tipo di ricerca e questa è solo la sua prima rilevazione di questo genere. Gli astronomi stanno imparando come riconoscere le kilonove e usare gli strumenti più adatti per studiare l’evoluzione di una fusione tra stelle di neutroni, capire se una kilonova può avvenire anche dalla fusione tra una stella di neutroni e un buco nero, e rilevare altri elementi pesanti prodotti, come l’oro.