OSSERVAZIONI ANCHE CON IL SARDINIA RADIO TELESCOPE

Istantanea radio di un lampo radio che si ripete

Un team di ricercatori guidato dall’Inaf ha studiato nel dettaglio un lampo radio veloce (Frb, fast radio burst) che presenta ripetizioni del proprio segnale. Frb 20201124A è anche il terzo lampo radio veloce a ripetizione recentemente localizzato in una galassia vicina. Le osservazioni hanno permesso di realizzare un’immagine radio della galassia ospite del lampo radio veloce. I risultati su A&A Letters

     09/12/2021
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Immagine radio a 22 GHz realizzata con il Very Large Array (Vla, New Mexico, Usa) della regione di formazione stellare circostante la posizione del Frb (croce azzurra). Sullo sfondo, immagine ottica della corrispondente regione di cielo realizzata con il Lowell Discovery Telescope, in cui è visibile la galassia ospite. Crediti: G. Bruni, B. O’Connor

Un gruppo internazionale guidato da ricercatori dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf) ha portato a termine un’articolata campagna osservativa che ha permesso di studiare nel dettaglio, con ben 9 osservatori da terra e dallo spazio, un lampo radio veloce (Frb, fast radio burst) che presenta ripetizioni del proprio segnale. La sorgente in questione è Frb 20201124A, un oggetto scoperto nel novembre 2020 e che si è riattivato nel marzo 2021, emettendo una serie di lampi radio. È anche il terzo lampo radio veloce a ripetizione recentemente localizzato in una galassia vicina. Le osservazioni, riportate in un articolo pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics Letters, sono state avviate ad aprile 2021 con strumenti nelle onde radio, nella luce visibile e nei raggi X con gli osservatori spaziali Swift e Chandra, insieme al Very Large Array (Vla), all’European Vlbi Network (Evn), e-Merlin, Five hundred meter Aperture Spherical Telescope (Fast), Lowell Discovery Telescope (Ldt), Upgraded Giant Metrewave Radio Telescope (uGmrt) e Sardinia Radio Telescope (Srt), quest’ultimo dell’Inaf.

I lampi radio veloci sono fenomeni unici e misteriosi. Scoperti dai radioastronomi nel 2007, la loro origine è ancora sconosciuta. Questi eventi producono intense emissioni nelle onde radio solo per pochi millisecondi prima di svanire e vengono avvistati raramente. I lampi radio veloci sono in grado di sprigionare una quantità di energia tale da renderli visibili anche a distanze cosmologiche. Grazie alla scoperta dei cosiddetti repeating Frb, vale a dire lampi radio veloci che ripetono l’emissione anche a distanza di mesi dalla loro prima osservazione, negli ultimi anni la comunità scientifica sta confermando il modello che indica le magnetar (una particolare classe di stelle di neutroni) come l’origine più probabile per i repeating Frb. Le magnetar sono i magneti più potenti dell’Universo e sono note per emettere brevi esplosioni di raggi gamma che durano meno di un secondo ma sono miliardi di volte più luminose del Sole.

Luigi Piro, ricercatore dell’Inaf di Roma e primo autore dell’articolo, spiega i dettagli di questa campagna osservativa: «Il nostro lavoro ha permesso di realizzare un’immagine radio della galassia ospite del lampo radio veloce, scoprendo che la localizzazione precedentemente fornita da altri autori corrisponde con una regione di emissione radio diffusa, riconducibile a una regione ad alto tasso di formazione stellare. Abbiamo inoltre scoperto una debole emissione in raggi X proveniente dalla stessa regione». 

Tra le unicità di questo studio ci sarebbe anche un primato: la debole sorgente in raggi X, rilevata marginalmente e presumibilmente prodotta da altre stelle di neutroni e buchi neri presenti nella stessa regione stellare, sarebbe il primo rilevamento in raggi X associato ad una regione di formazione stellare intorno ad un Frb. 

«L’origine dei Frb è uno dei misteri dell’astrofisica dei giorni nostri», aggiunge Gabriele Bruni, dellInaf di Roma. «I repeating Frb offrono la possibilità di puntare i telescopi sulla posizione nota a priori, in modo da realizzare osservazioni non appena gli strumenti come Chime, dedicate ai lampi radio veloci, danno l’allerta sulla riattivazione dell’oggetto. Questo permette di utilizzare telescopi in più bande, e con caratteristiche diverse, con una precisione che altrimenti non sarebbe possibile. Nel nostro caso abbiamo privilegiato oggetti relativamente vicini, (a distanze minori di circa 1,3 miliardi di anni luce), in modo da poter indagare regioni intorno alla sorgente dei lampi radio su scale del centinaio di parsec». 

«Le nostre osservazioni ottiche confermano la presenza di una regione di nuova formazione di stelle», sottolinea Eleonora Troja (University of Maryland, ora all’Università di Tor Vergata). «Questi dati multibanda puntano al possibile progenitore dei lampi radio, una stella di neutroni giovanissima, nata dall’esplosione di una supernova e ruotante velocemente con altissimo campo magnetico». La ricercatrice ha coordinato le osservazioni in luce visibile con Ldt e l’analisi dei dati nei raggi X con Chandra.

I ricercatori hanno utilizzato la tecnica interferometrica in banda radio: combinando il segnale proveniente da più antenne si ottiene la risoluzione equivalente di un’antenna con diametro pari alla loro distanza. Gli interferometri con elementi separati centinaia di chilometri, come e-Merlin ed Evn hanno fornito dettagli sulla compattezza dell’emissione radio nella galassia ospite. Le antenne Vla, con una separazione dalle decine di metri ai chilometri, hanno permesso di ricostruire l’emissione su una scala maggiore. Le caratteristiche uniche del radiotelescopio Vla, in grado di cambiare configurazione e quindi risoluzione ogni 3 mesi, ha permesso di risolvere in dettaglio la regione di emissione radio, mostrando che il fast radio burst è racchiuso all’interno di questa regione che ha un’estensione di meno di mille anni luce. 

«I lampi radio veloci sono uno dei più recenti misteri dell’astrofisica», aggiunge Piro. «Scoperti da poco più di 10 anni grazie ai progressi tecnologici dei radiotelescopi, solo ultimamente è stato possibile raccogliere evidenze sulla loro probabile origine – dice il primo autore dello studio. Le estreme condizioni fisiche cui sono legati (per esempio le magnetar) li rendono oggetti alla frontiera dell’astrofisica, in grado di sondare regimi energetici non riproducibili nei laboratori terrestri. La loro emissione come lampi radio ricorda quella  dei lampi gamma. In questo contesto l’Italia e Inaf possono vantare una tradizione trentennale, a partire dai successi di BeppoSax nella scoperta dell’origine dei lampi gamma».

Ulteriori osservazioni a più alta risoluzione sono tuttora in corso, con lo scopo di caratterizzare ancora più in dettaglio la porzione di galassia che ospita il lampo radio veloce. 

«L’utilizzo, a fianco degli interferometri, di grandi radiotelescopi a disco singolo come Fast e il nostro Sardinia Radio Telescope», conclude Marta Burgay, ricercatrice dell’Inaf di Cagliari e autrice dell’articolo, «è essenziale per individuare e misurare con precisione il tempo di arrivo di questi brevissimi lampi radio, così da poter verificare l’eventuale contemporanea presenza di eventi simili ad altre lunghezze d’onda. L’osservazione simultanea del segnale di un Frb in diverse porzioni dello spettro elettromagnetico è infatti una strada fondamentale da percorrere per poter ottenere indizi dirimenti per la comprensione dell’origine di questo strano fenomeno astrofisico».

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