SGR 1806-20 on Le stelle più affascinanti del cielo

Cercatori di raggi gamma

Fri, 09 Oct 2026 00:00:00 +0000

Il programma Vela#

Il 5 agosto 1963, Stati Uniti, Regno Unito e Unione Sovietica firmarono a Mosca un trattato che limitava gli esperimenti nucleari a quelli sotterranei. Il Limited Test Ban Treaty (LTBT) entrò in vigore il 10 ottobre 1963 e vietava espressamente gli esperimenti nucleari nell’atmosfera, nello spazio e sott’acqua.

Ovviamente gli americani non si fidavano dei sovietici e in quello stesso mese di ottobre del 1963 l’Aeronautica Militare degli Stati Uniti lanciò il primo di una serie di satelliti di un programma chiamato “Vela”, dal verbo spagnolo velar, ovvero “vegliare”, “osservare”.

La scoperta delle soft gamma repeater (SGR)

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L’identificazione di una classe di fenomeni a sé stante#

Fino alla scoperta di GRB 790305b, cioè il brillamento gigante del 5 marzo 1979, ogni lampo di raggi gamma era sembrato un evento a sé stante, un breve e improvviso rilascio di energia da qualche parte nell’Universo, dovuto a un fenomeno sconosciuto ma isolato. Ma il lampo di raggi gamma (probabilmente) associato al resto di supernova N49 nella Grande Nube di Magellano era diverso dagli altri. Aveva delle caratteristiche che altri lampi non avevano:

Il lampo gigante del 27 dicembre 2004

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Un’energia immensa in due decimi di secondo#

Il 27 dicembre 2004, alle 21:30:26 e cinque decimi UT (Tempo Universale), un fronte d’onda di raggi gamma partito circa trentamila anni prima da un punto del Sagittario investì la Terra.

Nessuno lo vide con gli occhi. Eppure, per due decimi di secondo, quel lampo fu, in termini di energia che arrivava sui nostri strumenti, più luminoso della Luna piena. È uno tra i dati più sorprendenti di questa storia: la luce della Luna piena deposita al di sopra dell’atmosfera terrestre circa $3\,\text{erg}$ per centimetro quadrato al secondo; il picco del lampo del 27 dicembre ne depositava $5$, con la differenza che erano fotoni gamma da centinaia di migliaia di elettronvolt anziché luce visibile.

L'evento ricostruito pezzo per pezzo

Fri, 09 Oct 2026 00:00:00 +0000

La salita preliminare, da -40 millisecondi a zero#

Il flare gigante di SGR 1806-20 fu un evento colossale, eppure brevissimo; in grado di accecare gli strumenti, ma, allo stesso tempo, anche estremamente complesso. Per capire, dunque, cosa accadde esattamente su quella lontana magnetar persa in direzione del centro galattico, occorre ricostruire pezzo per pezzo l’evoluzione, millisecondo dopo millisecondo, dell’immenso lampo di energia che raggiunse la Terra quel 27 dicembre, circa $30\,000$ anni dopo essere stato emesso dalla sua sorgente.

La lunga e difficile ricerca della distanza di SGR 1806-20

Fri, 09 Oct 2026 00:00:00 +0000

1997: le nubi molecolari come indicatori di distanza#

Fino ad ora abbiamo ricostruito i numerosi dettagli osservativi del lampo gamma gigante del 27 dicembre 2004. I dati registrati da satelliti e stazioni di monitoraggio, compresa la retro-riflessione del lampo da parte della Luna, sono il materiale grezzo sul quale gli astronomi lavorarono per spiegare cosa era accaduto alla sorgente che aveva generato una tale, gigantesca emissione di energia.

Ma, per capire quelle teorie, che furono numerose e spesso contrastanti, sono necessarie due conoscenze preliminari: a quale distanza da noi si trova effettivamente SGR 1806-20 e, successivamente, che cos’è esattamente una magnetar.

Anatomia di una magnetar

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Una nascita violenta: il collasso di una stella enorme#

La lunga ricerca della distanza di SGR 1806-20 ci ha lasciato con più di un’incertezza, ma un dato è emerso in modo solido: quella sorgente che il 27 dicembre 2004 colpì la Terra con un lampo gamma di potenza senza precedenti si trova, come minimo, ad alcune decine di migliaia di anni luce dalla Terra. Quindi, dato che l’energia misurata scala con il quadrato della distanza, si tratta senza ombra di dubbio di un oggetto in grado di produrre fenomeni di una potenza inconcepibile per le scale a cui siamo abituati sulla Terra. È tempo, dunque, di conoscere meglio la natura di quest’oggetto strano, invisibile ai telescopi ottici, lontano e dalle caratteristiche estreme.

Che cosa innescò il brillamento del 2004? Le teorie sul cedimento della magnetar

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Il modello fondativo: il terremoto stellare (1989-2001)#

Abbiamo ricordato più volte l’immensa energia liberata da SGR 1806-20 nel lampo gigante arrivato sulla Terra il 27 dicembre 2004. Ma il dettaglio più difficile da spiegare non è la quantità di energia in sé: è la velocità con cui fu espulsa. I rivelatori di elettroni delle sonde Cluster e Double Star TC-2, pensate per studiare la magnetosfera terrestre, non certo per osservare le stelle, fortunatamente non rimasero “accecati” dal brillamento gigante della magnetar, come accadde invece a quasi tutti gli altri strumenti dedicati allo studio dei raggi gamma. I dati raccolti dai due satelliti permisero di isolare tre tempi caratteristici distinti nella salita iniziale del lampo: una salita ripidissima durata meno di $0{,}25$ millisecondi, seguita da una crescita esponenziale con tempo caratteristico di $4{,}9$ millisecondi, seguita a sua volta da una fase più lenta di $67\,\text{-}\,70$ millisecondi. Abbiamo elencato questi fatti nel capitolo dedicato alla ricostruzione delle osservazioni dell’evento.

La "palla di fuoco" intrappolata

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La coda pulsante come indizio della “palla di fuoco”#

Il 27 dicembre 2004 il picco iniziale del brillamento durò meno di un quinto di secondo, ma non fu la sola cosa che i satelliti registrarono. Per quasi sei minuti e mezzo dopo lo spike iniziale, gli strumenti continuarono a vedere una sorgente pulsante, modulata esattamente dal periodo di rotazione della stella di $7{,}56$ secondi: cinquantuno lampeggi consecutivi, uno dopo l’altro, che si affievolivano lentamente. È da questa coda pulsante, non dallo spike, che nasce l’idea della palla di fuoco intrappolata, uno dei fenomeni più strani e affascinanti di un evento che fu - di per sé - eccezionale e memorabile.

La stella che risuona: la nascita dell'astrosismologia delle magnetar

Fri, 09 Oct 2026 00:00:00 +0000

La scoperta delle QPO#

Il 27 dicembre 2004, alle 21:30:26 UT, il satellite RXTE stava osservando A2163, un ammasso di galassie. SGR 1806-20 era a $30^{\circ}$ dalla direzione di puntamento, cioè ben fuori dal campo di vista. Nonostante ciò, il Proportional Counter Array (PCA) registrò un picco di $83\,700$ conteggi al secondo, la telemetria si saturò e i primi $13$ secondi andarono persi.

Fu in ciò che restava di quella violenta scarica di radiazione che Gian Luca Israel e colleghi trovarono qualcosa che nessuno aveva mai visto in una stella di neutroni isolata. I risultati furono pubblicati in uno studio apparso su The Astrophysical Journal nell’estate del 2005.

Le osservazioni della magnetar dopo il grande brillamento

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Una sorgente radio che si può risolvere#

Un evento come il lampo gamma gigante del 27 dicembre 2004 non lasciò indifferente la comunità astronomica. Iniziò subito dopo una vasta campagna di osservazioni, che cercò di cogliere l’eco del brillamento in diverse bande dello spettro. Esamineremo di seguito il risultato di queste osservazioni, a partire da quelle effettuate nelle onde radio.

Il 3 gennaio 2005, sette giorni dopo l’evento del 27 dicembre, Patrick Cameron e Shri Kulkarni puntarono le antenne del Very Large Array, la grande schiera di radiotelescopi del New Mexico, nella sua configurazione a risoluzione più alta, sulla posizione di SGR 1806-20. Vi trovarono una radiosorgente, la cui posizione coincideva con la posizione nei raggi X associata alla magnetar (Kaplan et al. 2002). Alla frequenza di $8{,}46\,\text{GHz}$ la sorgente radio era $100$ volte più luminosa di quanto lo fosse stata SGR 1900+14 al suo picco.

Il colpo di scena finale: la trasmutazione della materia

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La componente che nessuno sapeva spiegare#

Arriviamo così all’ultimo capitolo di questa storia, già anticipato in apertura: la scoperta che dentro il lampo del 27 dicembre 2004 si nascondeva la firma della nascita di elementi pesanti. Il punto di partenza è ancora l’articolo di Sandro Mereghetti e colleghi sulla curva di luce dell’anti-coincidenza dello spettrometro SPI¹, di cui abbiamo parlato a proposito dell’eco lunare del picco iniziale. Nello stesso lavoro gli autori notarono, in una parte diversa della curva, una gobba che a lungo restò senza spiegazione.

Epilogo: che cosa abbiamo imparato, le domande aperte

Fri, 09 Oct 2026 00:00:00 +0000

Le lezioni#

Quasi ventidue anni dopo, il brillamento gigante del 27 dicembre 2004 resta il transiente cosmico o solare con il flusso di energia più intenso mai registrato sulla Terra nei raggi X duri e gamma e uno dei più studiati. Vale la pena di capire cosa abbiamo imparato da quell’evento, quali scoperte sono state fatte dopo e quali domande restano tuttora aperte.

Rileggendo oltre vent’anni di articoli, alcune cose emergono con una chiarezza che nei singoli lavori non si vede.