GAMMA RAY BURST

Brevi cenni storici

Nell'ottobre del 1962, l'aviazione militare americana lanciò ilprimo di una serie di satelliti voluti a seguito di un trattato sul bando delle armi nucleari da poco firmato. I firmatari di questo trattato assumevano l'impegno di non compiere test nucleari in atmosfera o nello spazio. La serie di satelliti Vela (dal verbo spagnolo velar, vegliare) facevano parte di una ricerca segreta e di un programma di sviluppo il cui obiettivo era lo studio e l'attuazione di una tecnologia per il monitoraggio dei test nucleari dallo spazio e di fornire agli Usa la possibilità di verificare il rispetto del trattato.

I satelliti furono lanciati ed operarono a coppie: due satelliti identici vennero posizionati ai lati opposti di orbite circolari di 250.000 chilometri di diametro (circa un'orbita ogni quattro giorni) in modo tale che fosse assicurata l'osservazione diretta di ogni angolo della terra. La strumentazione di base trasportata a bordo dei satelliti Vela erano composta da rivelatori per radiazioni X, gamma e di neutroni. Inoltre trasportavano una varietà di rivelatori ottici ed EMP e strumenti progettati per sorvegliare l'ambiente spaziale. La strumentazione venne progettata e costruita da gruppi di lavoratori al Los Alamos Scientific Laboratory (l'odierno LANL) ed ai Sandia Laboratories di Albuquerque, che furono gli incaricati ufficiali della missione Vela.

I rivelatori di radiazioni X furono previsti per rilevare direttamente il flash di una esplosione nucleare. Sebbene il maggior quantitativo di energia in un'esplosione atomica nello spazio sia rilevabile come un lampo di raggi X, la rilevazione simultanea dei rivelatori per raggi gamma avrebbe fornito la conferma dell'evento nucleare. Un'ulteriore conferma sarebbe arrivata dai rivelatori di neutroni. I progettisti dei Vela erano consci però, che un'esplosione schermata da uno scudo sottile o nel lato lunare opposto alla terra avrebbe potuto passare inosservato il flash iniziale dalla vista del satellite. I rivelatori gamma avrebbero però potuto cercare le radiazioni gamma forti emesse dalla nube di materiale radioattivo scaturito dall'esplosione nucleare. Sarebbe stato facile quindi, rilevare un'esplosione che avesse avuto luogo anche dietro alla Luna, fuori dalla visuale dei rivelatori X dei satelliti.

Il piccolo Vela 5b fu posto su un'orbita geocentrica il 23 maggio 1969, ad una distanza di 118.000 chilometri dalla terra. Con un periodo orbitale di circa 112 ore e ruotando sull'asse ogni 64 secondi circa i sensori, posti a 90 gradi rispetto all'asse di rotazione, poterono coprire l'intera sfera celeste due volte ad ogni orbita. Vela 5b rimase operativo fino al 19 giugno 1979.
Insieme ai satelliti 5a, 6a & b registrò 73 gamma-ray bursts in dieci anni, nell'intervallo aprile 1969 - aprile 1979.

I satelliti Vela lavorarono egregiamente e ben oltre la prevista vita operativa. Le loro possibilità furono incrementate nei lanci successivi ed in particolare Vela 5a e 5b (lanciati nel 1969) e Vela 6a e 6b possedevano una precisione sufficiente da poter rilevare entro certi limiti, la direzione di provenienza di ciascun evento registrato. Per questi ultimi quattro satelliti, il tempo di percorrenza della luce da un satellite all'altro lungo il diametro orbitale (circa 1 secondo) era superiore al tempo minimo di risoluzione dei sensori. L'angolo con cui si verificava l'evento rispetto alla linea tra i due satelliti poteva essere determinato (con una precisione di 1/5 di radiante o 10 gradi) basandosi sulla differenza dei tempi di rilevamento dei due satelliti. La direzione angolare di uno stesso evento rilevata da più coppie di satelliti, poteva essere combinata per determinare una o due possibili direzioni di provenienza dell'evento.

Nel 1965, con la costruzione ed il lancio dei satelliti Vela 3, Ray Klebesadel del Los Alamos Scientific Laboratory divenne responsabile degli strumenti per dell'osservazione programmata e continua nella radiazione X e gamma. Osservò che dai rivelatori venivano segnalati alcuni eventi che non potevano essere chiaramente delle detonazioni nucleari e li archiviò accuratamente per successivi studi. Nel 1972 a Ian Strong, anch'egli al Los Alamos, venne chiesto di studiare quegli eventi gamma riportati da Ray Klebesadel. Grazie alla maggiore precisione temporale degli ultimi satelliti Vela, Klebesadel e Strong, insieme ad un altro collega di Los Alamos, Roy Olsen, riuscirono a stabilire la direzione con un'accuratezza sufficiente da escludere il Sole e la terra come sorgenti. La loro conclusione fu che i lampi gamma erano di "origine cosmica". Nel 1973, la scoperta venne annunciata sull'Astrophisical Journal da Klebesadel, Strong, ed Olsen. Il loro documento prendeva in esame 16 gamma ray burst osservati tra il luglio 1969 ed il luglio 1972 dai dai satelliti Vela 5a,b e Vela 6a,b.

Utilizzando un rivelatore per raggi X duri a bordo dell'IMP-6, un satellite dedicato allo studio dei brillamenti solari, Tom Cline ed Upendra Desai del NASA/GSFC furono i primi a confermare la scoperta ed a fornire le prime informazioni spettrali che provassero che l'intensità massima del burst era nelle energie gamma: gli eventi quindi, non erano solo la "coda" di un fenomeno nella radiazione X. Un telescopio collimato èer raggi gamma a bordo del satellite OSO-7 (Wheaton et al. 1973) poté confermare la direzione di provenienza di un evento, avallando l'ipotesi originaria dell'origine cosmica. Questi risultati, pubblicati a breve distanza dalla prima scoperta, diedero all'intero scenario un alone di incredibile mistero. L'eccitazione creatasi nella comunità astronomica fu evidenziata dall'esplosione di pubblicazioni strumentali e teoriche sulla nuova scoperta dei "gamma-ray bursts" cosmici.

La prima osservazione di un Gamma-Ray Burst

Nel 1969, mentre riguardavano i dati trasmessi dal Vela 4 e solo poco prima del lancio del Vela 5, Klebesadel ed Olsen notarono un evento registrato il 2 luglio 1967 dai Vela 4a e b e rilevato anche dai Vela 3, al tempo ancora operativi. L'evento sembrava un lampo gamma di origine cosmica ma al tempo il gruppo di satelliti non aveva la risoluzione temporale sufficiente ad effettuare un rilevamento preciso della direzione della sorgente del lampo. A posteriori, questo evento sembrò avere uno svolgimento simile a quello degli ultimi burst cosmici rilevati. Klebesadel ritenne che questo rappresentò il "primo gamma ray burst rilevato". I dati dei Vela 4 a e b vennero utilizzati per ricostruire l'evoluzione temporale di questo primo evento, che fu pubblicata su Scientific American nell'ottobre 1976. Non si conoscono osservazioni precedenti di questo tipo di fenomeni.