Linee di decadimento relativistiche del 56Ni in GRB 221009A

Un lampo cosmico che ha battuto i record

In ottobre 2022, telescopi in tutto il mondo hanno osservato il lampo di raggi gamma più brillante mai registrato, un flash di luce ad alta energia proveniente da una stella morente distante denominata GRB 221009A. L’evento è stato così intenso da sovraccaricare brevemente diversi osservatori spaziali. Il nuovo studio spiega come un debole ma significativo schema nascosto in quel bagliore riveli, per la prima volta, le ceneri radioattive della stella espulse a velocità prossime a quella della luce, collegando direttamente il lampo a una potente esplosione stellare.

Dalla stella mostruosa al faro cosmico

I lampi di raggi gamma lunghi sono ritenuti segnali della morte di stelle molto massicce i cui nuclei collassano in buchi neri o stelle di neutroni. In molti casi questo collasso alimenta anche una supernova di tipo Ic a linee larghe, un’esplosione luminosa priva di idrogeno ed elio che mostra detriti in rapido movimento. Le teorie prevedono che tali eventi formino grandi quantità dell’elemento radioattivo nichel-56, il cui decadimento illumina successivamente la supernova nelle bande visibile e infrarossa. Per GRB 221009A, il telescopio spaziale James Webb ha già rivelato una supernova con una quantità tipica di nichel-56 nei detriti più lenti, confermando questo quadro generale.

Linee nascoste nel lampo più brillante

Durante i primi pochi cento secondi dopo il lampo, i rivelatori a bordo delle missioni spaziali Fermi e GECAM hanno registrato una stretta protuberanza nello spettro gamma a energie di decine di milioni di elettronvolt. Questa caratteristica è scesa costantemente in energia da circa 37 milioni a 6 milioni di elettronvolt mentre la sua luminosità si attenuava in modo regolare. Gli autori mostrano che una linea che deriva in questo modo è naturale se proviene da un noto fotone gamma di decadimento del nichel-56 a 158 mila elettronvolt che è stato amplificato dalla velocità estrema del materiale nel getto. Man mano che il getto rallenta e la sua geometria cambia, l’amplificazione Doppler diminuisce, quindi l’energia osservata della linea cala nel tempo.

Il nichel radioattivo che viaggia con il getto

Nello scenario qui esplorato, il nichel-56 si forma nel disco caldo e denso di materia che ruota verso il buco nero neoformato e viene poi mescolato nel getto che perfora la stella morente. Ammassi di nichel proseguono all’esterno a velocità relativistiche e decadono, emettendo fotoni gamma. Il team modella quanta massa di nichel è necessaria, come il getto rallenta e come il beaming della luce verso la Terra cambia. Risulta che la luminosità osservata della linea e la sua evoluzione temporale possono essere spiegate con un angolo di apertura del getto, una massa totale del getto e un’energia plausibili e coerenti con altri studi su questo lampo eccezionale. L’analisi esamina anche se i nuclei verrebbero distrutti da collisioni o da radiazione intensa e conclude che il nichel può sopravvivere abbastanza a lungo da emettere i raggi gamma osservati.

Un secondo indizio e cosa potrebbe significare

Oltre alla linea principale, i ricercatori identificano un eccesso di emissione più debole vicino a 24 milioni di elettronvolt durante un breve intervallo di dieci secondi. La sua energia è vicina a quanto ci si attenderebbe da un’altra linea di decadimento del nichel-56 a 270 mila elettronvolt, anch’essa Doppler-ingrandita dal moto del getto. Test statistici mostrano che includere questa seconda linea migliora l’adattamento ai dati ed è circa dieci volte più probabile rispetto a un modello con una sola linea, sebbene le prove restino solo moderate. Lo studio spiega anche perché altre linee di decadimento a energie più elevate non sono osservate: sarebbero fortemente assorbite da interazioni con il campo intenso di raggi X e gamma del lampo oppure cadrebbero al di fuori dell’intervallo energetico in cui gli strumenti sono più sensibili.

Perché questi indizi sono importanti

Collegando un’impronta radioattiva specifica al lampo prompt di un’esplosione di raggi gamma, il lavoro fornisce una prova spettroscopica diretta che la stessa esplosione sia responsabile sia del lancio di un getto ultrarapido sia della formazione di elementi pesanti. Il nichel-56 osservato nel getto è distinto, ma complementare, rispetto al nichel che alimenta il bagliore tardivo della supernova; insieme tracciano come la materia è distribuita dal motore compatto centrale fino ai detriti in espansione. Sebbene alcuni dettagli, come la quantità di nichel nel getto e la struttura esatta del getto, restino incerti e dipendano da dati di qualità superiore futuri, lo studio apre un nuovo modo per sondare come le morti stellari estreme influenzino la composizione chimica e l’attività ad alte energie dell’universo.

Citazione: Moradi, R., Yorgancioglu, E.S., Xiong, SL. et al. Relativistic ⁵⁶Ni decay lines in GRB 221009A. Commun Phys 9, 172 (2026). https://doi.org/10.1038/s42005-026-02593-9

Parole chiave: esplosione di raggi gamma, supernova, nichel 56, getto relativistico, astronomia ad alte energie