I quattro semi-cilindri, antenne parallele, costituiti ciascuno da 256 ricevitori radio, del radiotelescopio canadese Chime situato presso il Dominion Radio Astrophysical Observatory (Drao), in Canada, che danno la caccia ai lampi radio veloci (Frb). Crediti: Chime Collaboration
Sono brevi, luminosi ed estremamente energetici. Cosa li produca e da dove provengano esattamente è ancora un mistero, sebbene esistano diverse ipotesi a riguardo. Stiamo parlando dei lampi radio veloci, in inglese fast radio burst (Frb): potenti esplosioni di onde radio provenienti dallo spazio profondo con una durata dell’ordine dei millisecondi.
Da quando è stato scoperto il primo di questi segnali transitori – il Lorimer Burst, nel 2007 – ad oggi i lampi radio veloci individuati sono oltre cinquecento. La maggior parte di essi sono stati registrati come eventi isolati, cioè come singoli impulsi radio. Ma c’è un piccolo sottoinsieme che rappresenta un’eccezione alla regola. È il gruppo dei lampi radio veloci ripetuti: emissioni radio veloci riconducibili alla medesima sorgente che si ripetono nel tempo.
La collaborazione Chime/Frb, un folto gruppo di scienziati che gestisce e analizza i dati del radiotelescopio Chime (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment), ha ora individuato venticinque nuovi Frb ripetuti, portando il loro numero a cinquanta e consolidando l’idea che tutti i lampi radio veloci possano potenzialmente ripetersi. La ricerca che descrive la scoperta è stata pubblicata questa settimana su The Astrophysical Journal.
Come anticipato, una delle domande ancora aperte riguardo queste emissioni radio è la loro origine. Con la scoperta del primo Frb ripetuto, avvenuta nel 2016 grazie alle indagini condotte con il radiotelescopio di Arecibo, a questa domanda se n’è aggiunta un’altra: le due tipologie di Frb condividono le stesse origini?
Considerate le loro caratteristiche apparentemente molto diverse, incluse le frequenze di emissione, secondo gli astronomi la risposta è negativa, ma per rispondere con certezza è fondamentale trovare più Frb ripetuti da studiare. Un campione più ampio di lampi radio veloci ripetuti è infatti la chiave per esplorare somiglianze e differenze tra le due “popolazioni” . I venticinque lampi radio veloci ripetuti appena scoperti sono utili allo scopo.
Gli impulsi radio in questione, la cui distribuzione nel cielo è mostrata nell’immagine in basso, sono stati rivelati nei dati ottenuti dal radiotelescopio Chime (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) dall’inizio delle sue operazioni, il 30 settembre 2019, fino al primo maggio 2021. La loro scoperta è stata possibile grazie anche a un nuovo algoritmo che cerca segnali ripetuti nel tempo, colocalizzati e che mostrano una dispersione simile – un fenomeno la cui misura aiuta a stimare quanto distanti dalla Terra e vicine tra loro, nel caso di valori affini, siano le sorgenti che emettono questi segnali.
Distribuzione nel cielo (proiezione di Aitoff) dei lampi radio veloci ripetuti scoperti dalla collaborazione Chime/Frb (quadrati color arancio e cerchi verdi); scoperti da altri telescopi (cerchi grigi) e rivelati da Chime (quadrati viola). Crediti: Chime/Frb Collaboration et al., Apj, 2023
Inoltre, poiché man mano che il numero di Frb rivelati continua a crescere la probabilità di trovare due Frb non correlati con una posizione e una misura di dispersione simile diventa non trascurabile, gli astronomi hanno utilizzato un nuovo approccio per il calcolo della probabilità di correlazione.
«Ora possiamo calcolare con precisione la probabilità che due o più lampi radio provenienti da luoghi simili non siano solo una coincidenza», spiega a questo proposito Ziggy Pleunis, ricercatore al Dunlap Institute for Astronomy and Astrophysics e co-autore della pubblicazione. «Questi nuovi strumenti sono stati essenziali per questo studio e saranno anche molto utili per ricerche simili in futuro».
Più in dettaglio, l’identificazione dei venticinque lampi radio veloci ripetuti è avvenuta in quattro fasi. Prima di tutto, eseguendo un algoritmo basato sulle posizioni grossolane nel cielo e sulle misure di dispersione di tutti gli eventi nel database Chime, i ricercatori hanno ottenuto un elenco di candidati Frb ripetuti. A questo punto, per tutti i lampi radio veloci in esame, hanno perfezioniamo le misurazioni sia della posizione nel cielo che di dispersione utilizzando i migliori dati disponibili. I valori di queste misure sono stati infine utilizzati come input per la fase successiva: il calcolo della probabilità che la rivelazione di eventi vicini non fosse una coincidenza. Tutti gli eventi che hanno superato anche quest’ultima fase sono stati considerati dai ricercatori veri e propri ripetitori di segnali radio.
Come accennato, tra tutti i segnali presenti nel catalogo Chime, i ricercatori hanno trovato venticinque nuovi Frb ripetuti, che rappresentano circa il due per cento del campione di partenza. Ciò può significare due cose, spiegano i ricercatori: o che i Frb ripetuti sono rari o, semplicemente, che tra una raffica e un’altra intercorre un lungo intervallo di tempo. È possibile infatti che molti lampi radio veloci ripetuti non siano stati individuati semplicemente perché non sono stati osservati abbastanza a lungo da rilevare un secondo segnale provenire dalla sorgente.
«Abbiamo bisogno di un tempo di osservazione più lungo perché alcuni segnali potrebbero ripetersi ogni dieci anni», sottolinea il ricercatore della University of British Columbia Adam Dong, tra gli autori dello studio. «Questo semplicemente non lo sappiamo: i lampi radio veloci non seguono le nostre scale temporali».
I lampi radio individuati nello studio hanno mostrato da un minimo di due a un massimo di dodici ripetizioni, e ciò secondo i ricercatori è sintomo di una relativa inattività. Il team ha rivelato anche la presenza di altri quattordici segnali che potrebbero essere candidati Frb ripetuti e trovato delle differenze nelle misure di dispersione tra lampi radio ripetuti e non presenti nel campione di partenza, il che potrebbe significare che i due tipi di segnali provengono effettivamente da sorgenti diverse, anche se i ricercatori non escludono il contributo di effetti osservativi.
«Questa nuova scoperta ci avvicina alla comprensione di cosa siano i lampi radio veloci», conclude Pleunis. «Ciò è già di per sé eccitante, ma ci sono implicazioni di portata ancora maggiore».
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal l’articolo “CHIME/FRB Discovery of 25 Repeating Fast Radio Burst Sources” di Bridget C. Andersen, Kevin Bandura, Mohit Bhardwaj, P. J. Boyle, Charanjot Brar, Tomas Cassanelli, S. Chatterjee, Pragya Chawla, Amanda M. Cook, Alice P. Curtin, Matt Dobbs, Fengqiu Adam Dong, Jakob T. Faber, Mateus Fandino, Emmanuel Fonseca, B. M. Gaensler, Utkarsh Giri, Antonio Herrera-Martin, Alex S. Hill, Adaeze Ibik, Alexander Josephy, Jane F. Kaczmarek, Zarif Kader, Victoria Kaspi, T. L. Landecker, Adam E. Lanman, Mattias Lazda, Calvin Leung, Hsiu-Hsien Lin, Kiyoshi W. Masui, Ryan Mckinven, Juan Mena-Parra, Bradley W. Meyers, D. Michilli, Cherry Ng, Ayush Pandhi, Aaron B. Pearlman, Ue-Li Pen, Emily Petroff, Ziggy Pleunis, Masoud Rafiei-Ravandi, Mubdi Rahman, Scott M. Ransom, Andre Renard, Ketan R. Sand, Pranav Sanghavi, Paul Scholz, Vishwangi Shah, Kaitlyn Shin, Seth Siegel, Kendrick Smith, Ingrid Stairs, Jianing Su, Shriharsh P. Tendulkar, Keith Vanderlinde, Haochen Wang, Dallas Wulf, Andrew Zwaniga, e la Collaborazione CHIME/FRB