ANALISI DEI DATI D’ARCHIVIO GBT

Nuova luce sui Fast Radio Burst

Sfruttando oltre 650 ore di dati d’archivio del Green Bank Telescope e un nuovo software di analisi sistematica, un team di astronomi ha potuto osservare con un dettaglio senza precedenti il segnale di un Fast Radio Burst. I risultati indicano che l’esplosione da cui ha avuto origine è avvenuta in una regione di spazio fortemente magnetizzata al di fuori della nostra galassia

Il Green Bank Telescope (GBT) della National Science Foundation, negli Stati Uniti. I dati d’archivio del GBT contengono il segnale di FRB 110523, un Fast Radio Burst avvenuto in una regione dello spazio altamente magnetizzata al di fuori della nostra galassia. Crediti: NRAO/AUI/NSF

Il Green Bank Telescope (GBT) della National Science Foundation, negli Stati Uniti. I dati d’archivio del GBT contengono il segnale di FRB 110523, un Fast Radio Burst avvenuto in una regione dello spazio altamente magnetizzata al di fuori della nostra galassia. Crediti: NRAO/AUI/NSF

I Fast Radio Burst (FRB), letteralmente “brevi lampi radio”, sono emissioni di onde radio di breve durata, ma molto luminosi. Questi eventi hanno incuriosito gli astronomi fin dalla loro scoperta, risalente a una decina di anni fa. Infatti, sebbene provengano apparentemente da regioni lontane dell’Universo, fino ad ora nessun FRB ha mostrato chiari segni di dove e come si fosse formato.

Dopo aver raccolto oltre 650 ore di dati di archivio del Green Bank Telescope (GBT) della National Science Foundation, un gruppo di astronomi ha potuto osservare un FRB con un dettaglio senza precedenti. I risultati del loro studio indicano che l’esplosione che ha generato il burst ha avuto origine all’interno di una regione di spazio fortemente magnetizzata, implicando quindi un legame con una supernova di recente formazione o una nebulosa con un alto tasso di formazione stellare

«Ora sappiamo che l’energia proveniente da questo FRB ha attraversato una regione densa e altamente magnetizzata, fermandosi dopo poco. Questo restringe in modo significativo l’ambiente della sorgente da cui è stato generato e il tipo di evento che ha attivato l’esplosione”, ha spiegato Kiyoshi Masui, astronomo presso la University of British Columbia e il Canadian Institute for Advanced Research.

Gli FRB sono eventi che durano una frazione di secondo, e tuttavia contengono quantitativi enormi di energia. Al momento non sappiamo con precisione quale sia la loro origine, ma sappiamo che provengono da direzioni casuali del cielo. Anche se fino ad ora ne sono stati osservati solo una manciata, gli astronomi ritengono che ne avvengano migliaia ogni giorno.

Il FRB osservato di recente, soprannominato FRB 110523, è stato scoperto grazie all’utilizzo di un software specifico, sviluppato da Masui e il suo collega Jonathan Sievers dell’Università di KwaZulu-Natal a Durban, in Sud Africa.

La mole di dati a loro disposizione, un totale di 40 terabyte, ha rappresentato una notevole sfida, resa ancora più ostica dal fatto che il segnale breve e intenso viene “spalmato” durante il suo lungo viaggio nello spazio.

Questo effetto sul segnale radio, noto come “ritardo di dispersione”, è spesso utilizzato per stimare la distanza dell’oggetto osservato: maggiore è la dispersione, più lontano si trova l’oggetto dalla Terra. In questo caso la misura di dispersione suggerisce il FRB si trovi a circa 6 miliardi di anni luce di distanza.

Impressione artistica di un Fast Radio Burst in viaggio verso la Terra. I colori rappresentano il fascio di luce che arriva a diverse lunghezze d’onda nella banda radio. In blu le lunghezze d’onda più corte, che arrivano svariati secondi prima di quelle in rosso, che corrispondono invece a lunghezze d’onda maggiori. Questo effetto si chiama dispersione ed è dovuto al fatto che il segnale radio passa attraverso a del plasma. Crediti: Jingchuan Yu, Planetario di Pechino

Impressione artistica di un Fast Radio Burst in viaggio verso la Terra. I colori rappresentano il fascio di luce che arriva a diverse lunghezze d’onda nella banda radio. In blu le lunghezze d’onda più corte, che arrivano svariati secondi prima di quelle in rosso, che corrispondono invece a lunghezze d’onda maggiori. Questo effetto si chiama dispersione ed è dovuto al fatto che il segnale radio passa attraverso a del plasma. Crediti: Jingchuan Yu, Planetario di Pechino

Tuttavia la dispersione può nascondere la presenza di un FRB nei dati radio archivio. Il nuovo software ha ridotto il tempo necessario per l’analisi dei dati contrastando gli effetti della dispersione, e restituendo quindi al ​​burst il suo aspetto originario.

I ricercatori hanno eseguito una prima analisi dei dati GBT utilizzando questo software alla ricerca di segnali candidati. Questo ha prodotto oltre 6000 possibili FRB, che sono poi stati esaminati individualmente da Hsiu-Hsien Lin, membro del team e ricercatore presso la Carnegie Mellon University di Pittsburgh. In seguito alla sua analisi è rimasto un solo candidato.

Questo unico segnale rimasto era molto particolare, e conteneva dettagli sulla sua polarizzazione che non erano mai stati identificati fino ad allora. Prima della rivelazione di questo segnale, ai FRB era stata associata solo una polarizzazione circolare. Grazie a questo nuovo studio è stato possibile individuare sia la polarizzazione circolare che quella lineare.

«Sepolto all’interno di un set di dati enorme, abbiamo trovato un segnale molto particolare, che mostrava tutte le caratteristiche note di un Fast Radio Burst, ma anche una componente di polarizzazione in più, mai osservata prima”, ha detto Jeffrey Peterson, ricercatore presso il McWilliams Center for Cosmology della Carnegie Mellon.

La polarizzazione è una proprietà della radiazione elettromagnetica e indica sostanzialmente l’orientamento dell’onda. Gli occhiali da sole polarizzati sfruttano questa proprietà per bloccare una parte dei raggi solari e i film in 3-D la usano per ottenere l’illusione della profondità.

I ricercatori hanno utilizzato queste informazioni aggiuntive per determinare che il segnale radio del FRB presentava rotazione di Faraday, una torsione che le onde acquisiscono passando attraverso un intenso campo magnetico.

«Questo ci dà informazioni sul campo magnetico attraversato dal segnale luminoso lungo il suo cammino verso di noi, fornendo quindi suggerimenti circa l’ambiente in cui è avvenuta l’esplosione che l’ha originato”, ha spiegato Masui. «Si riesce a dare anche materiale in più su cui lavorare ai teorici che sviluppano i modelli per questi fenomeni”.

Inoltre, le misure di dispersione possono essere utilizzate per ottenere un limite inferiore alla dimensione della regione a cui appartiene la sorgente. In questo caso, la misura esclude i modelli che chiamano in causa le stelle della nostra Galassia e, per la prima volta, dimostra che il FRB deve aver avuto origine in un’altra galassia.

Successive analisi del segnale hanno rivelato che, lungo il suo cammino verso la Terra, è passato anche attraverso due diverse regioni di gas ionizzato. Sfruttando l’interazione tra queste due regioni, gli astronomi hanno potuto determinare le loro posizioni relative. Una delle due si trova molto vicino all’esplosione, entro un centinaio di migliaia di anni luce, ovvero si trova all’interno della galassia della sorgente. I ricercatori hanno quindi osservato che solo due tipi di nubi possono avere un effetto simile sul segnale: una nebulosa che circonda la sorgente o il tipo di ambiente che si trova tipicamente vicino al centro della galassia.

«Presi insieme questi dati ci danno più informazioni sui FRB di quante ne abbiamo mai ottenute, e ci forniscono importanti vincoli su questi eventi misteriosi», conclude Masui. «Inoltre, ora abbiamo un nuovo strumento molto interessante che snellisce la ricerca nei dati d’archivio, e questo ci permetterà di scoprire altri FRB e di avvicinarci ad una comprensione migliore della loro natura».