I lampi gamma, abbreviati GRB dalla locuzione inglese gamma ray burst (esplosione di raggi gamma), sono, in astronomia, un fenomeno transiente rappresentato da intensi lampi di raggi gamma la cui durata è estremamente varia: da pochi millisecondi a diverse decine di minuti e perfino ore (GRB 11209A). Proprio la constatazione di tale differente durata ha indotto la comunità scientifica a classificarli in due tipi principali: lampi gamma brevi (short gamma-ray bursts) se durano meno di 2 secondi, e lampi gamma lunghi (long gamma-ray bursts) se durano più di 2 secondi. Un terzo tipo di GRB, quello dei lampi gamma ultra-lunghi (ultra-long gamma-ray bursts), è stato proposto sulla base della durata del promptSi rimanda al paragrafo [I principali modelli: "fireball" e BdHN] per la differenza tra prompt e afterglow del GRB 11209A (più di 7 ore), ma non esiste consenso scientifico per tale ulteriore categoria di GRB. Tuttavia, il riscontro negli anni di lampi gamma "borderline" tra le due classi ha indotto all'introduzione di una classificazione più recente basata su altri criteri, in cui gioca ruolo chiave in particolare la natura del progenitore, con lampi di Tipo I, prodotti in sistemi binari (due stelle di neutroni o una stella di neutroni ed un buco nero), e lampi di Tipo II, ovvero i classici lampi associabili alla morte di stelle massicce, ma quest'ultima non è universale.
Se si assume che i GRB emettano energia isotropica (Eiso), ovvero uniforme in tutte le direzioni, queste potenti esplosioni possono sfiorare i Nelle ricerche scientifiche, in genere, si adopera quale unità di misura dell'energia l'erg; ivi, per comodità, sarà utilizzato il joule, più familiare.
1 joule è pari a , ovvero pari a . (GRB 080916C/221009A), pari a circa volte l'energia emessa dal Sole nell'arco della sua esistenza (10 miliardi di anni) o all'energia media nel visibile di supernove (foe),In una supernova di tipo Ia l'energia emessa nello spettro visibile coincide con l'energia totale ed è pari ad un foe, ovvero ; in una di tipo II essa è solo 1/100 dell'energia totale, giacché il 99% dell'energia totale è emessa in forma di neutrini, per un totale di . costituendo il fenomeno transienteÈ opportuno specificare la natura transiente dei lampi gamma quale fenomeno più potente nell'universo. Le esplosioni o eruzioni dei Nuclei Galattici Attivi (AGN) e i "venti" o riflussi provenienti dai nuclei dei quasar, ad esempio, possono essere moltissimi ordini di grandezza più energetici dei lampi gamma, ma la loro energia totale si manifesta nelle decine-centinaia di milioni di anni. più energetico finora osservato nell'universo. Attualmente si pensa che i lampi gamma siano esplosioni altamente collimate, con l'energia concentrata in due getti che si muovono in direzioni opposte. Il loro valore reale (Eo)Si rimanda al paragrafo "Distanza e scala energetica" per la differenza tra Eiso, Eo e Ey. è così minore a causa del fattore di collimazione. Per angoli di 4-8 gradi si riduce a -. Secondo alcune stime, il GRB 221009A avrebbe emesso Eo pari a ~.
Si ritiene che siano prodotti dalla fusione di due stelle di neutroni, o di una stella di neutroni ed un buco nero nel caso dei GRB brevi, o dal collasso gravitazionale di una stella massiccia nel caso dei GRB lunghi (collapsar) che produce una magnetar (stella di neutroni con campo magnetico estremo) ad altissima rotazione, o un buco nero. Il meccanismo più ampiamente accettato per l'origine dei GRB lunghi è il modello collapsar, in cui il nucleo di una stella estremamente massiccia, a bassa metallicità e in rapida rotazione, collassa in un buco nero nelle fasi finali della sua evoluzione. La materia vicino al nucleo della stella piove verso il centro e vortica in un disco di accrescimento ad alta densità. L'immane quantità di materia non viene del tutto "assorbita" dal buco nero, che così spinge una coppia di getti relativistici di materia in eccesso lungo l'asse di rotazione; essi si propagano a velocità relativistiche lungo l'involucro stellare e alla fine ne oltrepassano la superficie, irradiandosi come raggi gamma. Alcuni modelli alternativi sostituiscono il buco nero con una magnetar di nuova formazione; in realtà il meccanismo è il medesimo, indipendentemente dalla natura del "motore interno".
Furono scoperti per la prima volta nel 1967 dai satelliti "Vela", messi in orbita per identificare radiazioni gamma provenienti da detonazioni di armi nucleari sovietiche. Dopo un iniziale, fugace ed intensissimo flusso di raggi gamma che costituisce il fenomeno del lampo gamma in senso stretto, un bagliore residuo (afterglow), visibile nelle altre bande spettrali (radio, IR, visibile, UV, raggi X) venne rilevato solo nel 1997 da BeppoSAX per il GRB 970228. Già nel 1993 si teorizzava l'effetto del fenomeno su più lunghezze d'onda dello spettro elettromagnetico.
I GRB, a dispetto della loro potenza, sono fenomeni abbastanza frequenti (all'incirca uno al giorno) e la loro distribuzione nel cielo è isotropa, ovvero avvengono in direzioni del tutto casuali ed imprevedibili. I GRB sono eventi cosmologici, situati in galassie esterne alla Via Lattea e talvolta la fonte viene rilevata fino all'estremità dell'universo visibile. Il lampo gamma più lontano finora osservato, denominato GRB 090423, testimonia una esplosione stellare catastrofica avvenuta più di 13 miliardi di anni fa. Date le immani energie coinvolte nel fenomeno, è stato ipotizzato che se un GRB si verificasse nella Galassia e puntasse uno dei 2 fasci di energia verso la Terra da una distanza anche di migliaia di anni luce, potrebbe causare estinzione di massa della vita animale e vegetale sul pianeta, e uno dei possibili "colpevoli" dell'estinzione di massa dell'Ordoviciano-Siluriano è stato identificato proprio in un lampo gamma.
Un GRB è usualmente indicato con la data (anno-mese-giorno) in cui è stato osservato e, se più di un burst è stato rivelato nello stesso giorno, si usa porre una lettera finale per indicarne l'ordine (A per il primo, B per il secondo, etc.). Ad esempio, GRB 050509B è il secondo GRB osservato il 9 maggio 2005.
Storia delle osservazioni Le prime osservazioni
I lampi gamma furono scoperti nel 1967 da una serie di satelliti statunitensi chiamati "Vela", messi originariamente in orbita per scoprire i raggi gamma prodotti da eventuali armi nucleari sovieticheMargherita Hack, 2004, Dove nascono le stelle, p. 145, ISBN 88-200-3625-8 (ci si trovava in piena guerra fredda). Questi satelliti però misurarono occasionalmente lampi gamma originati da sorgenti sconosciute. Tuttavia, la scoperta venne mantenuta segreta, e declassificata e quindi pubblicata soltanto nel 1973, quando era ormai appurato che non si trattava di dati di interesse militare. L'esistenza dei lampi gamma fu confermata da molte missioni spaziali successive, tra cui le missioni Apollo e Venera.
I lampi gamma possono essere osservati soltanto dallo spazio perché l'atmosfera blocca le radiazioni X e gamma. Data la rapidità con la quale l'evento gamma si manifesta, normalmente si esaurisce su tempi scala dell'ordine di secondi o decine di secondi, era impossibile localizzarlo in cielo con una precisione sufficiente per permetterne lo studio con i telescopi terrestri. I GRB rimasero per circa un quarto di secolo tra gli oggetti astrofisici più misteriosi, praticamente inaccessibili. Questa situazione perdurò fino al 1997. La prima questione posta dai GRBs era: sono localizzati nella Via Lattea, o avvengono in luoghi lontanissimi dell'Universo? La seconda domanda era: quale meccanismo causa i lampi? Se essi si trovano nell'Universo distante, tale meccanismo deve produrre una quantità enorme di energia.
Negli anni ottanta furono fatti pochi progressi in materia, ma nell'aprile 1991 la NASA lanciò il Compton Gamma Ray Observatory a bordo dello Space Shuttle. Uno degli esperimenti a bordo del Compton era il Burst & Transient Source Experiment (BATSE), che poteva rilevare lampi gamma e localizzare le loro posizioni nello spazio con ragionevole precisione.
BATSE
Dai dati raccolti dallo strumento furono ricavate due importanti informazioni:
i lampi di raggi gamma sono isotropi (non presentano particolari preferenze per direzioni particolari nel cielo, come ad esempio il disco galattico o il centro galattico), escludendo le possibilità di un'origine galattica. Se infatti fossero eventi della nostra galassia, sarebbero distribuiti preferibilmente sul piano della Via Lattea; anche se fossero associati con l'alone galattico, sarebbero distribuiti soprattutto verso il centro galattico, a meno che le dimensioni dell'alone non siano enormemente maggiori di quanto stimato. Inoltre le galassie vicine avrebbero dovuto presentare aloni simili, ma non misero in risalto "macchie di luce" di deboli lampi di raggi gamma. i lampi gamma possono essere classificati in due categorie: lampi di breve durata e spettro duro (short bursts o lampi corti) e lampi di lunga durata e spettro molle (long bursts o lampi lunghi). I lampi corti durano meno di due secondi e le emissioni sono dominate da fotoni ad alta energia; i lampi lunghi durano più di due secondi e le emissioni sono dominate da fotoni a bassa energia. La separazione tra le due categorie non è assoluta e si osservano sovrapposizioni, ma la distinzione suggerisce due differenti classi di progenitori.
Fu comunque solo nel 1997 che il satellite italiano Beppo-SAX permise di individuare le coordinate del lampo con una precisione senza precedenti, confermando definitivamente come questi lampi fossero generati in galassie lontane.
Beppo-SAX e l'era della post-luminescenza A causa della bassa risoluzione dei rivelatori di raggi gamma impiegati per decenni dalle prime scoperte, e dalla rapidità con la quale si manifestava l'evento, nessun GRB era stato associato con controparti ottiche conosciute, né era stato identificato un possibile oggetto ospite (quale una stella o una galassia). La migliore speranza di cambiare questa situazione sembrava risiedere nella possibilità di osservare la coda di emissione del GRB, ovvero l'emissione molto più debole e in dissolvenza (con una rapida diminuzione nell'intensità del segnale) di radiazioni a lunghezza d'onda maggiore - indicate con il termine inglese afterglow (post-luminescenza) del GRB, la cui esistenza era predetta da numerosi modelli. Nonostante intense ricerche, questa coda di emissione non era stata individuata.