Un’esplosione di una stella massiccia, della durata di 10 secondi, a circa 5000 anni luce dalla Terra potrebbe aver causato l’estinzione di massa centinaia di milioni di anni fa. L’immagine illustra i raggi gamma (rappresentati in blu) che colpiscono l’atmosfera terrestre distruggendo lo strato di ozono. Crediti: NASA
Un gamma-ray burst (GRB) è un intenso lampo di radiazione ad alta energia che viene emesso molto rapidamente quando muore una stella o quando collidono, ad esempio, due stelle di neutroni. In generale, i GRB si suddividono in due categorie: quelli corti e quelli di lunga durata. I GRB lunghi sono molto più comuni ma fino a qualche tempo fa gli scienziati non ritenevano che potessero accadere nella nostra parte di Universo poiché si pensava che dovevano osservarsi solo nelle galassie caratterizzate da un basso gradiente di metallicità, povere cioè di elementi chimici più pesanti dell’idrogeno e dell’elio. Nonostante si tratti di eventi molto rari, è stato trovato di recente che i lampi gamma si verificano anche nelle galassie con un contenuto più elevato di metallicità, come la Via Lattea. Questi risultati hanno portato i ricercatori a discutere quale impatto i GRB avrebbero avuto o continuano ad avere sull’esistenza di forme di vita sui mondi alieni, inclusa la Terra.
In pochi secondi, un GRB rilascia una quantità enorme di energia pari a quella che il Sole emette durante la sua vita. La maggior parte dei lampi gamma sono quelli di lunga durata e hanno origine da un tipo di supernova che produce due getti di materia e radiazione. Se la Terra si trovasse abbastanza vicina a un tale evento, la radiazione gamma sarebbe in grado di ionizzare la parte superiore dell’atmosfera, distruggendo lo strato di ozono e determinando così un periodo in cui il nostro pianeta sarebbe senza uno scudo protettivo a causa della radiazione ultravioletta, determinando alla fine l’estinzione per quasi tutte le forme di vita.
A tal proposito, diversi scienziati hanno esplorato la possibilità che proprio i GRB distruttivi possano causare l’estinzione della vita. Secondo alcuni astrofisici la concentrazione relativamente elevata di metalli e di altri elementi pesanti presenti nella nostra galassia può reprimere la minaccia dei GRB. Ciò è dovuto al fatto che i lampi gamma lunghi appaiono nelle cosiddette galassie di bassa metallicità: i modelli teorici suggeriscono infatti che le galassie di quel tipo generano molte stelle massicce che in seguito esploderanno creando un GRB.
Le osservazioni dell’ultimo decennio hanno fornito un quadro più completo del fenomeno GRB, suggerendo che i lampi gamma emergono nelle galassie di elevata metallicità, ma con una probabilità leggermente inferiore. Analizzando gli ultimi dati astronomici sul fenomeno GRB, Piran e Jimenez hanno aggiornato alcune precedenti stime relative alla probabilità che un lampo gamma possa aver raggiunto nel passato la Terra. Essi hanno trovato che c’è una probabilità del 60% che un GRB distruttivo abbia causato un evento al livello di estinzione nell’ultimo miliardo di anni. Inoltre, i calcoli dei due ricercatori suggeriscono che la vita può emergere con una maggiore probabilità nelle regioni periferiche di una galassia, dove cioè i GRB sono meno comuni, e che i lampi gamma hanno reso inospitale l’ambiente cosmico negli ultimi 5 miliardi di anni, valori consistenti con stime precedenti basate su modelli preliminari dei lampi gamma. «In epoche più remote, circa 5 miliardi di anni fa quando le galassie erano più piccole rispetto ad oggi, le regioni periferiche a bassa densità non erano molto distanti dal nucleo galattico perciò la minaccia di un GRB distruttivo era decisamente maggiore» dichiarano Piran e Jimenez.
Lo studio della correlazione tra i GRB e il grado di metallicità delle rispettive galassie ospiti, indica che il tasso dei lampi gamma nella nostra galassia è circa 1/10 del valore medio relativo all’Universo. In termini di frequenza, i ricercatori stimano nella Via Lattea un GRB distruttivo ogni miliardo di anni mentre eventi di portata inferiore avvengono più frequentemente. Inoltre, in termini di distanza i calcoli indicano che un GRB distruttivo potrebbe determinare un evento al livello di estinzione entro 5000 anni luce, mentre gli eventi di portata inferiore dovrebbero essere più vicini.
Lastra di calcare fossile del periodo alto Ordoviciano trovata nei pressi di Caesar Creek State Park vicino a Waynesville, Ohio. Credit: College of Wooster
Dunque è possibile che un GRB vicino abbia causato una delle estinzioni di massa del passato? L’estinzione che risale al periodo Ordoviciano, avvenuta oltre 440 milioni di anni fa, ossia 200 milioni di anni prima dei dinosauri, presenta nei fossili alcune tracce che fanno pensare ad un evento causato da un lampo gamma, come ad esempio un maggiore tasso di estinzione nella vita marina di superficie rispetto a quella dei fondali. «Non è la prima volta che si discute la possibilità che i lampi gamma siano responsabili di almeno una delle grandi estinzioni di massa che si sono susseguite nella storia della vita sulla Terra», spiega a Media INAF Patrizia Caraveo, direttrice dell’INAF-IASF di Milano. «Piran e Jimenez cercano di quantificare la probabilità di eventi distruttivi per l’eventuale vita sviluppatasi in altri pianeti in funzione della posizione delle stella all’interno della sua galassia e dell’età dell’Universo nella quale si situano gli eventi. Stelle più vicine del Sole al centro della loro galassia, oppure stelle che si sono formate in un Universo più giovane risultano meno accoglienti perchè più soggette a catastrofiche irradiazioni da parte di lampi gamma. Ancora una volta scopriamo che il Sole è la stella giusta, con l’età giusta e nella giusta posizione rispetto al centro dalla Via Lattea. Anche così, però, c’è il 50% di probabilità che una delle estinzioni di massa, che vediamo nei fossili, sia stata causata da un lampo gamma troppo vicino».
E per gli altri pianeti? Secondo Piran e Jimenez, l’elevata densità stellare nelle regioni più interne della nostra Galassia aumenta la probabilità di ricevere un lampo gamma per quei pianeti che fanno parte dei sistemi planetari più vicini al centro galattico. Ciò implica che eventuali forme di vita presenti nella Via Lattea saranno maggiormente favorite per distanze superiori a 10.000 anni luce dal centro galattico e questo potrebbe spiegare in ultima analisi come mai abitiamo su un pianeta che si trova a circa 26.000 anni luce dal centro galattico, proprio nelle regioni periferiche della Via Lattea.
Physical Review Letters: Tsvi Piran and Raul Jimenez – Possible Role of Gamma Ray Bursts on Life Extinction in the Universe
arXiv: On the role of GRBs on life extinction in the Universe