VOCI E DOMANDE DELL’ASTROFISICA

La natura enigmatica dei Fast Radio Bursts

Impulsi radio di durata brevissima, a oggi ne sono stati catalogati appena due dozzine. Ma è solo la punta di un iceberg gigantesco: si stima che, nell’intero universo, ne vengano emessi in media 5mila al giorno. Sono in grado di percorrere distanze di miliardi di anni luce, e sulla loro natura è mistero

Percorrendo i 6 miliardi di anni luce che lo separano da noi, l’impulso è stato disperso dal materiale presente tra le galassie, con l’effetto di rallentare maggiormente le frequenze più basse rispetto a quelle superiori. Fonte: E. F. Keane et al. 2016

I lampi radio veloci (altresì detti fast radio bursts e catalogati col loro acronimo Frb) sono impulsi radio molto brevi (millesimi di secondo o anche meno) e altamente dispersi. Il fenomeno della dispersione (vedi grafico a fianco) è osservato da oltre cinquant’anni dagli studiosi delle pulsar: per ogni data direzione in cielo, maggiore è la dispersione, più lontana è la sorgente degli impulsi. Nel caso degli Frb, la dispersione è molto superiore a quella massima che può essere imputata alla materia ionizzata presente all’interno della nostra galassia. Donde l’ipotesi che gli oggetti cosmici che generano gli Frb siano collocati ben al di là dei bordi della Via Lattea, a distanze che si misurano in miliardi di anni luce.

La proprietà più sorprendente degli Frb è però legata al loro numero elevato. A oggi, sono state catalogate due dozzine di Frb. Essi costituiscono la punta di un iceberg gigantesco, la cui parte preponderante è sommersa a causa del campo di vista molto ridotto di cui hanno sofferto finora le osservazioni radio. Lo strumento migliore è stato sin qui il ricevitore multibeam del radiotelescopio di Parkes: tuttavia, anch’esso è capace di inquadrare, a ogni dato tempo, solo circa 1 parte su 50mila di tutto il cielo. Siccome a Parkes un nuovo Frb viene scoperto all’incirca ogni 10 giorni di osservazioni utili, ne risulta che il tasso reale di eventi deve essere dell’ordine di ben 5mila eventi al giorno.

Studi in corso e domande aperte

L’ingresso degli Frb nel panorama dell’astrofisica è molto recente ed essi sono ora al centro di un gran numero di studi e di nuovi esperimenti. I più promettenti usufruiranno di radiotelescopi di nuova generazione, dotati di grande campo di vista: Askap in Western Australia, Chime in Canada e MeerKat in Sud Africa. A più lunga scadenza Ska. Due le domande basilari aperte: quali sono gli oggetti cosmici che li generano? Cosa ci insegnano sull’universo?

Sono in media 3 al minuto gli Frb stimati nell’intero universo

In effetti, la natura degli Frb è al momento sconosciuta e il numero di modelli teorici proposti supera nettamente il numero di Frb osservati. Nella ridda delle ipotesi, tre sembrano a oggi ritagliarsi qualche favore in più nella comunità astronomica. Una chiama in causa le magnetar, ossia stelle di neutroni con un campo magnetico ultra intenso: repentini aggiustamenti di tale campo magnetico potrebbero innescare l’emissione di un Frb. Una seconda possibilità è che gli Frb rappresentino una forma estrema di impulsi giganti emessi da una stella di neutroni, molto più energetici – e dunque molto più rari – di quelli normalmente osservati nelle pulsar della nostra galassia. Una variazione di questi modelli postula che gli Frb si originino da stelle di neutroni giovani, che sono circondate dalla bolla di gas ionizzato generata dalla supernova che le ha formate. In questo caso la distanza degli Frb sarebbe in media molto più piccola rispetto ai modelli precedenti. Il quadro delle ipotesi si è ulteriormente complicato con la scoperta, nel 2016, dell’unico caso di un Frb che si ripete. Ciò da un lato ha permesso per la prima volta l’identificazione certa della galassia in cui l’Frb è prodotto e la misura diretta della sua distanza (circa 3.2 miliardi di anni luce). D’altro canto ha acceso il dibattito circa l’esistenza o meno di più di una classe di Frb: ripetitivi e non ripetitivi?.

Il modello cosmologico standard predice che la materia ordinaria costituisca circa il 5 per cento di tutta la materia-energia dell’universo, mentre circa il 70 per cento sia sotto forma di energia oscura. L’osservazione di un campione ampio di Frb – purché dotati di una misurazione indipendente della loro distanza – testerebbe direttamente la prima predizione e potrebbe al contempo chiarire qual sia l’“equazione di stato” dell’energia oscura, aprendo uno spiraglio nella comprensione di questa finora misteriosissima componente del nostro universo. Ancora: sarà possibile porre vincoli sui valori del campo magnetico all’interno degli immensi spazi quasi vuoti che caratterizzano la struttura spugnosa dell’universo, mentre gli Frb più lontani fungeranno da laboratori ideali per la misura di costanti e leggi di fisica fondamentale.

Rappresentazione artistica di un Fast Radio Burst (FRB) il cui segnale polarizzato viene captato dal radiotelescopio di Parkes in Australia Crediti: Swinburne Astronomy Productions

Rappresentazione artistica di un Fast Radio Burst (Frb) il cui segnale polarizzato viene captato dal radiotelescopio di Parkes in Australia. Crediti: Swinburne Astronomy Productions

Il coinvolgimento dell’Istituto nazionale di astrofisica

Personale dell’Inaf è stato fra i promotori dei due esperimenti sinora più fruttiferi nello studio degli Frb, entrambi utilizzanti il radiotelescopio di Parkes, in Australia. L’esperimento Htru (High Time Resolution Universe) è stato attivo dal 2008 al 2013 e ha condotto al riconoscimento dell’interesse astrofisico degli Frb (in precedenza solo un evento era stato pubblicato, nel 2007). Superb (SUrvey for Pulsars and Extragalactic Radio Bursts), iniziato nel 2014 e tuttora in corso, è stato il primo esperimento dotato di un sistema real-time di rivelazione degli Frb, e di una procedura di diffusione quasi istantanea dell’annuncio della scoperta, coll’obiettivo di individuare la sorgente del Frb in altre bande elettromagnetiche (o come emettitrice di onde gravitazionali o di astro-particelle) e quindi misurarne la distanza.


L’autore: Andrea Possenti è primo ricercatore Inaf all’Osservatorio astronomico di Cagliari.

Su Media Inaf potrai trovare, mano a mano che verranno pubblicate, tutte le schede della rubrica dedicata a Voci e domande dell’astrofisica, scritte dalle ricercatrici e dai ricercatori dell’Istituto nazionale di astrofisica.