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Abbiamo appena trovato una fonte per uno dei fenomeni più misteriosi dell'astronomia
Le esplosioni radio veloci sono segnali super potenti e super brevi che sfrecciano nello spazio senza un'origine nota. Una nuova spiegazione sono le magnetar. 4 novembre 2020
Il telescopio ad apertura sferica di cinquecento metri (FAST) nella provincia di Guizhou, in Cina. Bojun Wang, Jinchen Jiang, Qisheng Cui
Le esplosioni radio veloci sono tra i misteri più strani della scienza spaziale. Questi impulsi durano meno di cinque millisecondi ma rilasciano più energia rispetto al sole in giorni o settimane. Da quando sono stati registrati per la prima volta nel 2001 (e scritti nel 2007), gli scienziati hanno scoperto dozzine di FRB. La maggior parte sono segnali una tantum, ma alcuni si ripetono, incluso uno che batte a un tempo regolare .
Ma nessuno è mai stato in grado di spiegare cosa produca esattamente gli FRB. Prima d'ora, solo cinque erano state localizzate in specifiche regioni dello spazio e tutte avevano origine al di fuori della nostra galassia. Quando un segnale arriva da così lontano, è molto difficile trovare l'oggetto responsabile della sua produzione. La maggior parte delle teorie si è concentrata sulle collisioni cosmiche o sulle stelle di neutroni. E anche, beh, alieni .
Avviso spoiler: non sono alieni. Due nuovi studi pubblicati oggi su Nature suggeriscono fortemente che le magnetar, stelle di neutroni altamente magnetizzate, sono una fonte di FRB. Gli studi indicano anche che queste esplosioni sono probabilmente molto più comuni di quanto immaginassimo.
Non credo si possa concludere che tutti i lampi radio veloci provengano dalle magnetar, ma di sicuro sono molto probabili modelli che suggeriscono le magnetar come origine per i burst radio veloci, afferma Daniele Michilli, astrofisico della McGill University e coautore del primo studio sulla natura .
Le nuove scoperte si concentrano su un FRB rilevato il 28 aprile da due telescopi: CHIME (l'esperimento canadese di mappatura dell'intensità dell'idrogeno, con sede nella Columbia Britannica) e STARE2 (una serie di tre piccole antenne radio situate in California e Utah). Il segnale, soprannominato FRB 200428, ha rilasciato più energia nelle onde radio in un millisecondo rispetto al sole in 30 secondi.
È normale per CHIME trovare FRB: ne ha trovati dozzine e in futuro il telescopio potrebbe essere in grado di rilevare una raffica ogni giorno . Ma anche se STARE2 è stato specificamente progettato per cercare FRB all'interno della galassia, a sensibilità inferiori rispetto alla maggior parte degli altri strumenti, pochi si aspettavano che avesse successo. Quando è diventato operativo l'anno scorso, il team ha previsto una probabilità del 10% che avrebbe effettivamente trovato un segnale nella Via Lattea.
Poi... è successo. Quando ho guardato per la prima volta i dati per la prima volta, mi sono bloccato, dice Christopher Bochenek, uno studente laureato in astronomia al Caltech, che guida il progetto STARE2 ed è l'autore principale di il secondo studio sulla natura . Mi ci sono voluti alcuni minuti per riprendermi e fare una chiamata a un amico per sedermi davvero e assicurarmi che questa cosa fosse davvero reale. Tra STARE2 e CHIME, questa esplosione è stata vista da cinque radiotelescopi in tutto il Nord America.
Quelle osservazioni coincidevano con un lampo incredibilmente luminoso emanato da una stella di neutroni altamente magnetizzata, una magnetar, chiamata SGR J1935+2154, che si trovava a 30.000 anni luce dalla Terra, vicino al centro della Via Lattea.
Questa magnetar, che è da 40 a 50 volte più massiccia del sole, produce intensi attacchi di radiazioni elettromagnetiche, inclusi raggi X e raggi gamma. I suoi campi magnetici sono così forti che schiacciano gli atomi vicini in forme simili a matite.
Le magnetar sono sempre state una sospetta fonte di FRB, ma è stato difficile per gli astrofisici confermarlo, poiché tutti gli altri segnali provenivano dall'esterno della Via Lattea.
I ricercatori hanno confrontato le onde radio di FRB 200428 con le osservazioni ai raggi X effettuate da sei telescopi spaziali, nonché da altri osservatori terrestri. Quelle emissioni di raggi X indicavano SGR J1935+2154, che lampeggiava 3.000 volte più luminoso di qualsiasi altra magnetar mai registrata.
I team CHIME e STARE2 hanno dedotto che questa particolare magnetar fosse responsabile dell'evento energetico che ha prodotto non solo le emissioni di raggi X luminosi ma anche FRB 200428. È la prima volta che un'esplosione del genere viene mai scoperta all'interno della Via Lattea e questo FRB emette più energia di qualsiasi altra fonte di onde radio rilevata nella galassia.
L'FRB 200428 è solo un 30° più forte dell'FRB extragalattico più debole mai registrato e un millesimo della forza del segnale medio. Quindi il fatto che STARE2 lo abbia registrato dopo circa un anno di funzionamento è una forte indicazione del fatto che questi segnali rimbalzano intorno alla galassia più frequentemente di quanto gli scienziati si rendessero conto.
Un contrappunto a queste nuove scoperte viene da FAST, il telescopio sferico con apertura di cinquecento metri, situato nel sud-ovest della Cina. FAST è il più grande radiotelescopio monodisco al mondo. Non è in grado di rilevare grandi aree di cielo, ma può scrutare da vicino per cercare deboli segnali in luoghi molto lontani.
FAST ha studiato SGR J1935+2154 per un totale di otto ore in quattro sessioni di osservazione dal 16 al 29 aprile, secondo un terzo studio sulla natura . E non ha trovato onde radio che coincidano con i lampi di raggi X o gamma conosciuti che si sono verificati durante quel periodo.
Quel rapporto non annulla necessariamente la spiegazione della magnetar, soprattutto perché FAST non stava osservando nel momento in cui è stato rilevato FRB 200428. Ma suggerisce che una magnetar che emette un FRB, se confermato, è un evento molto raro e che produce segnali radio che dobbiamo ancora caratterizzare completamente.
Sandro Mereghetti, astronomo dell'Istituto Nazionale di Astrofisica di Milano, ha contribuito a condurre le rilevazioni ai raggi X SGR J1935+2154 effettuate dal telescopio INTEGRAL (International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) dell'Agenzia Spaziale Europea. Sebbene ritenga che la scoperta favorisca fortemente la classe dei modelli FRB basati sulle magnetar, sottolinea che i particolari processi fisici che portano alle esplosioni osservate di radio e alle emissioni di raggi X duri non sono ancora risolti. In altre parole, non sappiamo cosa accade esattamente all'interno di una magnetar che produrrebbe FRB insieme ai raggi X o ai raggi gamma associati.
Non direi che il mistero degli FRB sia stato risolto, dice Mereghetti. Ma questo è sicuramente un grande passo avanti che apre prospettive anche per altri rilevamenti simili.