Il 19 giugno 2023 una singolare allerta distribuita tramite le General Coordinates Network circulars (GCN) dal programma di ricerca transienti ottici a largo campo Zwicky Transient Facility (ZTF) ha destato la curiosità dei ricercatori dell’Unione Astrofili Senesi (UAS) S. Leonini, M. Conti, P. Rosi e L.M. Tinjaca Ramirez.
Il gruppo, attivo presso l’Osservatorio Astronomico Provinciale di Montarrenti gestito dall’ UAS, delegazione UAI, si dedica alla ricerca e all’osservazione di oggetti transienti, in particolare supernovae e controparti ottiche dei lampi gamma, oltre che al follow-up fotometrico dei blazar.
La comunicazione rapida, normalmente utilizzata per condividere scoperte e osservazioni di fenomeni astrofisici ad alte energie o eventi multi-messaggero, questa volta veniva impiegata per segnalare un peculiare evento.
Un transiente ottico caratterizzato da un indice di colore marcatamente rosso denominato ZTF23aaoohpy/AT2023lcr, era stato scoperto poco meno di 24 ore prima dal programma di ricerca Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System (ATLAS) e confermato in rapida diminuzione di luminosità (~ 1.0 mag./giorno) da ZTF e dalla rete di telescopi del Gravitational-wave Optical Transient Observer (GOTO) che avevano in precedenza osservato il campo in modo fortuito, registrando una significativa, ancor maggiore rapidità di attenuazione del flusso ottico dell’oggetto (~ 0.75 mag./0.2 giorni). Allo scopo di determinarne l’esatta natura, si incoraggiavano successive osservazioni, alle quali il team di Montarrenti ha partecipato.
Dopo il tramonto, circa 5 ore dopo l’avviso, seppur in condizioni metereologiche non ottimali, il telescopio a controllo remoto Ritchey-Chretien da 0.53 m. dell’osservatorio senese ha prontamente reagito all’allerta internazionale, puntando il campo della nuova sorgente per riprendere una serie di immagini filtrate in banda Rc e Ic tentando di rilevare l’evento.
Controparte ottica del transiente ZTF23aaoohpy/AT2023lcr ripreso in banda Ic dall’Osservatorio Astronomico di Montarrenti (Siena) alle ore 21.54 UT del 19 giugno 2023
Dopo aver sommato la serie di immagini riprese, è stata individuata alle coordinate indicate dall’allerta una debole sorgente che è stata misurata ottenendo i seguenti valori fotometrici, calibrati utilizzando le stelle di campo del catalogo PanSTARRS:
Le misure, tempestivamente distribuite alla comunità scientifica internazionale attraverso la GCN 34052, sono risultate in accordo, entro il margine di incertezza, con altre effettuate alla stessa epoca da osservatori professionali che potevano disporre di strumenti dal diametro ben maggiore del nostro e confermavano che il candidato stava diminuendo velocemente la propria luminosità.
Per questa attività è stato utile il confronto con G. Bonnoli, ricercatore presso l’Osservatorio Astronomico di Brera (INAF-OAB) nel campo dell’astrofisica delle alte energie, e costantemente impegnato nel favorire la collaborazione tra le comunità dei professionisti e quella degli amatori.
Altre osservazioni condotte con strumenti professionali e raccolte dal continente indiano agli Stati Uniti, passando da Cina, Taiwan, Russia, Francia ed Isole Canarie, hanno consentito di seguire ulteriormente l’evoluzione del transiente, mostrando come la curva di luce potesse essere coerente con la post-luminescenza di un Gamma Ray Burst (GRB), data l’attenuazione con legge di potenza tipica di quel tipo di oggetti. La particolarità del transiente è dovuta al fatto che né il satellite SWIFT né il satellite FERMI avevano osservato l’emissione ad alte energie, nonostante l’ampio campo di vista degli strumenti dedicati. Si sta ancora dibattendo se abbiamo assistito ad un GRB “orfano” ovvero con emissione di raggi gamma soppressa, non osservata perché inferiore alla soglia di sensibilità dei satelliti dedicati ad osservarla, oppure semplicemente ad un caso sfortunato in cui entrambi gli strumenti sentinella nei raggi X duri e Gamma non coprivano quella porzione di cielo al momento dell’esplosione.
Oltre alle osservazioni in ottico, emissioni di raggi X soffici e radio sono state rispettivamente rilevate dal satellite SWIFT e dai radio telescopi Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array (ALMA) e Arcminute Microkelvin Imager Large Array (AMI-LA), a dimostrazione di come la potenza dell’evento abbia prodotto flussi rilevabili a tutte le frequenze elettromagnetiche (almeno fino alla banda dei raggi X soffici).
Poco dopo, la natura del transiente è stata chiarita grazie ad uno spettro ottico effettuato da uno dei telescopi gemelli dal diametro di 10 m. dell’Osservatorio Keck, sulle Isole Hawaii, che confermava la natura intrinsecamente molto energetica dell’evento, simile all’afterglow dei GRB, avendone misurato il notevole redshift z=1.027, corrispondente alla ragguardevole distanza comovente di circa 11 miliardi di anni luce.
Circa 50 giorni dopo l’esplosione, osservazioni fotometriche condotte tramite il James Webb Space Telescope (JWST) hanno nuovamente individuato il transiente di Mag. (AB) ~ 25.48 +/-0.20 vicino ad una sorgente estesa più debole che potrebbe essere la galassia ospite. Questo flusso, superiore a quello che si sarebbe atteso estrapolando l’attenuazione con legge di potenza della post-luminescenza del GRB osservato inizialmente, è compatibile con l’osservazione della supernova (SN) associata a ZTF23aaoohpy/AT2023lcr.
Un successivo spettro effettuato dal JWST ha definitivamente confermato la presenza di una supernova emergente, inizialmente ipotizzata dalle osservazioni fotometriche. Con il passare dei giorni infatti, lo spettro di ZTF23aaoohpy/AT2023lcr ha assunto sempre più chiaramente la caratteristica spettrale di una supernova. Sulla base delle proprietà osservate, è stato possibile identificare la sorgente associata al GRB come una supernova di tipo Ic originata dal collasso del nucleo di una stella di grande massa che ha perso o bruciato il suo involucro esterno di idrogeno ed elio (ipernova). Durante il collasso iniziale, si verifica l’espulsione alla velocità prossima a quella della luce di due getti di particelle ad altissima energia che “bucano” gli strati esterni dell’astro producendo un lampo di raggi gamma che possiamo osservare solo se l’emissione avviene in direzione della Terra. Successivamente, in seguito all’espulsione degli strati esterni, si genera l’ipernova, un’esplosione di intensità e brillantezza eccezionali. Ecco svelata la natura di ZTF23aaoohpy/AT2023lcr che ad oggi risulta essere la più lontana associazione GRB-SN con una affidabile conferma spettroscopica, e per questo un evento di assoluta rilevanza scientifica.
Per circa 40 anni gli astronomi hanno faticato a determinare con precisione l’origine dei lampi gamma. Solo negli ultimi vent’anni è stata dimostrata una chiara associazione fisica tra i GRB “lunghi” e le supernovae molto energetiche. Oggi finalmente siamo in grado di spingerci a distanze cosmologiche per osservare e caratterizzare questi fenomeni, approfondendo il legame lampi gamma – supernovae non ancora completamente compreso, anche perché sinora raramente osservato.
Simone Leonini, SSV-UAI sezione GRB
s.leonini@iol.it
