UNO SCENARIO ALTERNATIVO CHIAMA IN CAUSA I BUCHI NERI INTERMEDI

Il fantasma radio di un lampo gamma

Utilizzando l’Australian Ska Pathfinder, un gruppo internazionale di scienziati ha rilevato quello che sembra essere il bagliore residuo di un lampo di raggi gamma, un’esplosione cosmica i cui getti non erano diretti verso la Terra e quindi è sfuggita alle osservazioni ad alta energia. Lo studio, che vede coinvolti tre ricercatori di Inaf, verrà pubblicato su The Astrophysical Journal

     04/03/2026

Molte tra le esplosioni più estreme dell’universo passano inosservate. In certi casi, però, nonostante l’evento in sé non risulti visibile, le osservazioni che conduciamo da terra e dallo spazio riescono a coglierne l’eco. In uno studio che verrà presto pubblicato su The Astrophysical Journal, gli autori – tra cui Giancarlo Ghirlanda e Om Sharan Salafia dell’Inaf di Brera e Roberto Soria dell’Inaf di Torino – riportano la scoperta di quello che potrebbe essere, a oggi, l’esempio più convincente di una di queste esplosioni “nascoste”: il bagliore radio di un potente lampo di raggi gamma (Grb, dall’inglese gamma ray burst) passato inosservato.

Animazione di un lampo di raggi gamma che mostra i getti stretti e ad alta energia. Crediti: Nasa

«Un gamma-ray burst è un lampo di luce breve e molto variabile (prevalentemente raggi gamma) proveniente da un getto di plasma lanciato a una velocità prossima a quella della luce da un “motore centrale”, che molto probabilmente è costituito da un buco nero appena nato all’interno di una stella massiccia che sta collassando per poi esplodere in supernova», spiega a Media Inaf Salafia. «Per via dell’aberrazione relativistica della radiazione elettromagnetica, la luce che fuoriesce dal getto è molto luminosa nella direzione di moto del plasma, mentre è estremamente debole nelle altre direzioni. Per questo motivo, il Grb può essere rivelato solo quando il getto punta verso la Terra. Dopo aver emesso il Grb, il plasma del getto continua a muoversi attraverso il mezzo interstellare, trasportando una grande energia cinetica».

«A causa della velocità del getto, che è supersonica, si forma un’onda d’urto (chiamata blastwave) che deposita l’energia cinetica del getto nel mezzo interstellare», continua il ricercatore dell’Inaf. «La blastwave a sua volta emette luce a tutte le frequenze: la sua emissione, che varia molto più lentamente rispetto al Grb, viene chiamata afterglow (post-luminescenza) del Grb. Inizialmente, la blastwave si espande nel mezzo interstellare a una velocità prossima a quella della luce (più o meno la stessa che aveva inizialmente il getto), nella stessa direzione in cui si muoveva il getto. Perciò, in questa prima fase, l’afterglow è anch’esso soggetto all’aberrazione relativistica, ed è visibile solo se il getto inizialmente puntava verso la Terra. Espandendosi, però, la blastwave accumula massa e rallenta. L’aberrazione relativistica via via si riduce e la luce non è più emessa solo nella direzione di espansione, ma in una gamma di direzioni più vasta, che allargandosi può intercettare anche la direzione in cui si trova la Terra. Questo può portare a una sorta di ossimoro: se il getto non punta verso la Terra, è possibile che i nostri strumenti rilevino un afterglow senza che sia preceduto da un Grb (osservabile). In questo caso, si parla di orphan afterglow, cioè post-luminescenza orfana, visto che non segue nulla di osservabile».

Sebbene questi segnali orfani siano previsti da decenni, individuarli è estremamente difficile. In assenza di un lampo gamma che ne annunci l’arrivo, gli astronomi devono setacciare migliaia di gradi quadrati di cielo. «L’esistenza degli orphan afterglow è stata proposta nel 1997 dall’astrofisico americano James E. Rhoads come test fondamentale dell’idea che i Grb siano prodotti da getti relativistici, invece che da esplosioni isotrope (cioè che espellono materiale – e di conseguenza anche luce – in tutte le direzioni)», continua Salafia. «In linea di principio, dato che i getti dei Grb sono probabilmente molto stretti, gli orphan afterglow dovrebbero essere molti di più dei Grb. Tuttavia, rivelarli con i nostri telescopi, e soprattutto riconoscerli, si è rivelata essere una sfida molto difficile, e a oggi esistono solo pochi candidati conosciuti, la cui natura è ancora dibattuta».

Utilizzando l’Australian Ska Pathfinder (Askap), un radiotelescopio composto da 36 antenne situato presso l’Inyarrimanha Ilgari Bundara, nell’Australia Occidentale, gli autori dello studio hanno scandagliato vaste regioni di cielo alla ricerca di transienti radio inaspettati e di lunga durata – che compaiono e si evolvono nell’arco di settimane o anni – con l’obiettivo di intercettare eventi rari che si rivelano soltanto attraverso la loro emissione radio in progressiva attenuazione.

Nei dati di una di queste survey a grande campo hanno individuato una sorgente radio – denominata Askap J005512-255834 – che in precedenza non era presente. La sorgente si è intensificata rapidamente, emettendo circa 10³² joule di energia al secondo sotto forma di radiazione radio – una potenza paragonabile alla produzione radio complessiva di miliardi di Soli –, per poi iniziare a svanire gradualmente nel tempo.

Aumento del bagliore radio residuo rilevata nella survey Racs con Askap. Le osservazioni iniziate nel 2022 mostrano l’accensione della sorgente, che rimane rilevabile per oltre 1.000 giorni. Crediti: Emil Lenc

Questo comportamento lo ha immediatamente distinto dagli altri transienti radio, la maggior parte dei quali si evolve rapidamente o si ripete più volte. Questa sorgente non ha fatto né l’una né l’altra cosa: si è comportata proprio come ci si aspetta che si comporti l’eco di una singola esplosione immensamente potente.

Sebbene Askap J005512-255834 fosse brillante alle lunghezze d’onda radio, non ha mostrato quasi alcun segnale nelle altre bande dello spettro: non è stata rilevata alcuna controparte visibile o nei raggi X. E anche questo corrisponde esattamente a quanto ci si aspetta da una post-luminescenza orfana: un’emissione diffusa e in espansione di un getto cosmico inizialmente orientato lontano dalla Terra, che diventa osservabile solo dopo aver rallentato ed essersi diffuso.

«Idealmente, si potrebbe pensare che questi afterglow non siano così rari: il getto, infatti, si allarga nel tempo e, prima o poi, potrebbe intercettare la linea di vista di un osservatore sulla Terra», commenta Ghirlanda. «Tuttavia, il flusso diminuisce progressivamente e, quando ciò avviene, è ormai troppo debole per essere rivelato. Di questi getti orientati di sbieco ci si aspetta un numero molto elevato per un semplice argomento geometrico; la loro individuazione, però, è resa difficile proprio dal flusso estremamente debole nel momento in cui diventano osservabili».

Questo raro transiente si trova in una galassia piccola ma luminosa a circa 1,7 miliardi di anni luce dalla Terra. La galassia ha una struttura irregolare e sta formando attivamente stelle, rendendola un ambiente naturale per eventi stellari estremi come il collasso stellare o la violenta distruzione stellare. Il punto dell’esplosione è spostato su un lato della galassia, non allineato con il suo nucleo centrale. Sembra invece trovarsi all’interno di una regione compatta di formazione stellare, forse un ammasso stellare. Questo solleva nuove domande su quali tipi di ambienti possano ospitare eventi cosmici così potenti.

L’immagine a sinistra mostra la posizione del bagliore radio residuo all’interno della galassia 2dFgrs Tgs143Z140, ripresa con il telescopio Magellano, in Cile. A destra, la stessa sorgente radio rilevata dal Giant Metrewave Radio Telescope in India. Crediti: Ashna Gulati

Poiché Askap J005512-255834 è così insolita, gli autori hanno condotto un’indagine approfondita per comprenderne la natura, esaminandola attentamente e scartando diverse spiegazioni alternative, tra cui stelle, pulsar e supernove.

«Un’altra possibilità è che il getto che produce l’emissione radio sia stato invece lanciato in conseguenza della distruzione (tidal disruption) di una stella passata troppo vicino a un buco nero», conclude Soria, coautore dell’Inaf. «Simili eventi accadono spesso attorno ai buchi neri supermassicci nei nuclei galattici, ma possono avvenire anche vicino ai cosiddetti buchi neri di massa intermedia alla periferia di una galassia, come in questo caso. I buchi neri intermedi giocano un ruolo fondamentale nell’evoluzione delle galassie ma sono molto difficili da osservare e studiare, se non quando ingeriscono una stella, diventando temporaneamente molto luminosi. In questo scenario, sarebbe la prima volta che riusciamo a individuare un buco nero intermedio basandoci solo sulla sua emissione radio».

In entrambi i casi, stiamo osservando le conseguenze di uno degli eventi più estremi e rari che il cosmo possa produrre. In futuro, per distinguere fra i due scenari, sarà decisivo poter condurre osservazioni simultanee in banda radio (con Askap, MeerKat e poi Ska) e banda X (con Swift, se verrà riattivato, e con Einstein Probe).

Per saperne di più: