Misteriosi lampi cosmici collegati a collisioni di stelle morte

Osservazioni condotte da un gruppo di ricerca del dipartimento di Fisica dell'università di Roma Tor Vergata hanno aiutato a connettere un lampo nei raggi X della straordinaria durata di quasi dieci minuti a una fusione di stelle di neutroni

 Per decenni gli astronomi hanno individuato le collisioni tra due stelle di neutroni attraverso brevi lampi di raggi gamma capaci di svanire in meno di due secondi. Alcuni di questi violenti scontri potrebbero manifestarsi anche attraverso lampi di raggi X della durata di diversi minuti. Il nuovo studio pubblicato il 30 settembre su Science Bulletin fornisce prove convincenti di tale collegamento, suggerendo che le fusioni di stelle di neutroni potrebbero celarsi tra misteriosi lampi cosmici.

Dal lancio del satellite Einstein Probe, avvenuto nel gennaio 2024, gli astronomi hanno individuato centinaia di brillanti lampi di raggi X provenienti da galassie lontane. Noti come rapidi transienti di raggi X (Fast X-ray Transients), alcuni di questi lampi sono stati associati alla morte di stelle massicce, mentre altri rimangono inspiegati. Senza conoscerne la distanza e l'energia rilasciata, gli astronomi faticano a determinare cosa li abbia generati.

I ricercatori del gruppo di ricerca della professoressa Eleonora Troja docente di Astrofisica del dipartimento di Fisica dell'università di Roma Tor Vergata, sostenuti da un finanziamento ERC Consolidator Grant, hanno ottenuto osservazioni fondamentali per identificare la sorgente di uno di questi transienti a raggi X. In seguito a un'allerta data dal satellite Einstein Probe, il gruppo ha rapidamente organizzato osservazioni con altri telescopi – tra cui il Very Large Telescope (VLT) di ESO (European Southern Observatory) e il Very Large Array – per studiare le fasi successive all'esplosione. Gli studiosi ritengono di aver assistito alla nascita di una magnetar.

Un flash nei raggi X con una durata da record

Le stelle di neutroni sono i resti stellari ultra-densi che si formano quando stelle massicce giungono al termine della loro vita. Quando due stelle di neutroni si scontrano, propagano onde gravitazionali attraverso lo spazio. La luce emessa durante questi eventi offre uno sguardo su ciò che la collisione lascia dietro di sé.

I lampi gamma di breve durata sono stati a lungo il principale indicatore di questi eventi. "Tuttavia, se la collisione tra le due stelle genera una magnetar, il lampo potrebbe protrarsi molto più a lungo", spiega la professoressa Troja, membro della collaborazione europea Einstein Probe e co-autrice di riferimento dell'articolo. «Le magnetar sono stelle di neutroni in rapida rotazione dotate di campi magnetici enormi, oltre un milione di miliardi di volte più intensi rispetto al campo magnetico della Terra. Quando scaricano la loro energia magnetica nell'ambiente circostante, possono rendere qualsiasi esplosione più luminosa e duratura. Quando ho visto i dati nei raggi X di questo nuovo evento, ho capito che stava accadendo qualcosa di particolare».

L'evento, denominato EP250704a/GRB 250704B, è stato scoperto il 4 luglio 2025 dai satelliti SVOM, Insight-HXMT e Einstein Probe. Il suo lampo di raggi gamma è durato circa mezzo secondo, mentre il satellite Einstein Probe ha registrato un'intensa radiazione X per quasi dieci minuti. «Questo è il lampo di raggi X più lungo mai osservato in seguito alla fusione di due stelle di neutroni», ha affermato lo studente di dottorato Niccolò Passaleva, che ha guidato le osservazioni utilizzando il VLT in Cile. «È stata un'entusiasmante opportunità per guardare dalla prima fila le forze più estreme dell'Universo e scoprirne i segreti».

Una nuova finestra sulle collisioni stellari

Il team stava cercando da diversi anni un collegamento tra gli eventi transienti di raggi X e le fusioni di stelle di neutroni, ma i precedenti candidati erano svaniti prima di fornire una risposta decisiva. Questa volta, Passaleva ha reagito nel giro di pochi minuti ed ha iniziato le osservazioni mentre la luce dell'esplosione era ancora sufficientemente  brillante da poter essere studiata nel dettaglio. «Stavo tornando a casa in treno», ricorda Passaleva, «e all'improvviso mi sono ritrovato a lottare contro il tempo per osservare con uno dei più potenti telescopi al mondo direttamente dal mio portatile».

Utilizzando lo strumento X-Shooter del VLT, Passaleva e i suoi colleghi hanno scomposto la luce nelle sue componenti e identificato chiare righe di assorbimento, la cui posizione ha rivelato la scala di distanza del lampo. Il team ha quindi utilizzato le immagini ottenute con lo strumento FORS2 del VLT per cercare una supernova luminosa – l'esplosione stellare che accompagna un lampo di raggi X di lunga durata causato dal collasso di una stella massiccia. Non ne è stata rilevata alcuna. La misura della distanza, l'assenza della supernova e le caratteristiche del lampo hanno fornito, nel loro insieme, forti indizi a sostegno di una fusione tra stelle di neutroni.

«Individuare altri lampi di raggi X di questo tipo potrebbe aiutare a capire con quale frequenza le fusioni di stelle di neutroni diano origine a magnetar», conclude Passaleva. «Non vedo l'ora che i rivelatori di onde gravitazionali ricomincino ad osservare, così potremo finalmente associare uno di questi lampi di raggi X a un segnale di onde gravitazionali proveniente dalla stessa sorgente».

La ricerca è stata svolta da una collaborazione internazionale di astronomi. Autori principali An Li (Università Normale di Pechino), Chen-Wei Wang (Accademia Cinese delle Scienze), Niccolò Passaleva (Università di Roma Tor Vergata), Jie An (Accademia Cinese delle Scienze). Autori di riferimento Binbin Zhang (Università di Nanchino), Eleonora Troja (Università di Roma Tor Vergata), Yi-Han Iris Yin (The Università di Hong Kong), Jing-Wei Hu (Accademia Cinese delle Scienze), Hua-Li Li (Accademia Cinese delle Scienze)

Le osservazioni con il Very Large Telescope utilizzate in questo studio sono state condotte come parte del Programma 114.27LW (PI Eleonora Troja) intitolato: "QUEENB: a QUEst for Elusive Neutron star and Black hole mergers".

a cura dell'Ufficio Stampa di Ateneo

Photo Credit: La brillante luce di EP250704a viene evidenziata da linee bianche in questa immagine a falsi colori (ottico: blu/verde; vicino infrarosso: rosso) ottenuta con il Very Large Telescope dell'ESO.
Crediti: Niccolò Passaleva, Eleonora Troja (ERC BHianca), ESO/VLT