Usando un mistero cosmico per sondarne un altro, gli astronomi hanno analizzato il segnale di un lampo radio veloce, un'enigmatica esplosione di onde radio cosmiche della durata di meno di un millisecondo, caratterizzare il gas diffuso nell'alone di una galassia massiccia.

Un vasto alone di gas a bassa densità si estende ben oltre la parte luminosa di una galassia dove sono concentrate le stelle. Anche se questo caldo, il gas diffuso costituisce più massa di una galassia rispetto alle stelle, è quasi impossibile da vedere. A novembre 2018, gli astronomi hanno rilevato un lampo radio veloce che è passato attraverso l'alone di una galassia massiccia nel suo cammino verso la Terra, permettendo loro per la prima volta di ottenere indizi sulla natura del gas dell'alone da un segnale radio sfuggente.

"Il segnale del lampo radio veloce ha esposto la natura del campo magnetico intorno alla galassia e la struttura del gas dell'alone. Lo studio dimostra una tecnica nuova e trasformativa per esplorare la natura degli aloni galattici, " ha detto J. Xavier Prochaska, professore di astronomia e astrofisica presso l'UC Santa Cruz e autore principale di un articolo sulle nuove scoperte pubblicato online il 26 settembre in Scienza .

Gli astronomi non sanno ancora cosa produce lampi radio veloci, e solo di recente sono stati in grado di rintracciare alcuni di questi brevissimi, segnali radio molto luminosi tornano alle galassie da cui hanno avuto origine. Il burst di novembre 2018 (denominato FRB 181112) è stato rilevato e localizzato dallo strumento che ha aperto la strada a questa tecnica, Il radiotelescopio Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) del CSIRO. Osservazioni di follow-up con altri telescopi hanno identificato non solo la sua galassia ospite ma anche una galassia luminosa di fronte ad essa.

"Quando abbiamo sovrapposto le immagini radio e ottiche, abbiamo potuto vedere subito che il lampo radio veloce ha perforato l'alone di questa galassia coincidente in primo piano e, per la prima volta, avevamo un modo diretto di investigare questa materia altrimenti invisibile che circonda questa galassia, ", ha affermato la coautrice Cherie Day della Swinburne University of Technology, Australia.

Un alone galattico contiene sia materia oscura che materia ordinaria ("barionica"), che dovrebbe essere principalmente gas ionizzato caldo. Mentre la parte luminosa di una galassia massiccia potrebbe essere di circa 30, 000 anni luce di diametro, il suo alone approssimativamente sferico è dieci volte più grande. Il gas alone alimenta la formazione stellare mentre cade verso il centro della galassia, mentre altri processi (come le esplosioni di supernova) possono espellere materiale dalle regioni di formazione stellare e nell'alone galattico. Uno dei motivi per cui gli astronomi vogliono studiare il gas dell'alone è comprendere meglio questi processi di espulsione, che può interrompere la formazione stellare.

"Il gas alone è una testimonianza fossile di questi processi di espulsione, quindi le nostre osservazioni possono informare le teorie su come viene espulsa la materia e su come i campi magnetici vengono fatti passare attraverso le galassie, " Disse Prochaska.

Contrariamente alle aspettative, i risultati del nuovo studio indicano una densità molto bassa e un debole campo magnetico nell'alone di questa galassia interposta.

"L'alone di questa galassia è sorprendentemente tranquillo, " Disse Prochaska. "Il segnale radio era in gran parte imperturbato dalla galassia, il che è in netto contrasto con quanto previsto dai modelli precedenti sarebbe successo allo scoppio".

Il segnale di FRB 181112 consisteva di diversi impulsi, ciascuno della durata inferiore a 40 microsecondi (diecimila volte più breve di un battito di ciglia). La breve durata degli impulsi pone un limite superiore alla densità dell'alone gassoso, perché il passaggio attraverso un mezzo più denso allungherebbe i segnali radio. I ricercatori hanno calcolato che la densità del gas dell'alone deve essere inferiore a un decimo di atomo per centimetro cubo (equivalente a diverse centinaia di atomi in un volume delle dimensioni di un palloncino per bambini).

"Come l'aria scintillante in una calda giornata estiva, la tenue atmosfera in questa enorme galassia dovrebbe deformare il segnale del lampo radio veloce. Invece abbiamo ricevuto un impulso così nitido e nitido che non c'è alcuna traccia di questo gas, " ha detto il coautore Jean-Pierre Macquart, un astronomo presso l'International Center for Radio Astronomy Research presso la Curtin University, Australia.

I vincoli di densità limitano anche la possibilità di turbolenza o nubi di gas freddo all'interno dell'alone ("freddo" essendo un termine relativo, riferendosi qui a temperature intorno ai 10, 000 Kelvin, rispetto al gas caldo dell'alone a circa 1 milione di Kelvin). "Un modello preferito è che gli aloni sono pervasi da nuvole di gas grumoso. Non troviamo alcuna prova per queste nuvole, " Disse Prochaska.

Il segnale FRB fornisce anche informazioni sul campo magnetico nell'alone, che influenza la polarizzazione delle onde radio. Analizzando la polarizzazione in funzione della frequenza si ottiene una "misura di rotazione" per l'alone, che i ricercatori hanno riscontrato essere molto basso. "Il debole campo magnetico nell'alone è un miliardo di volte più debole di quello di un magnete da frigorifero, " Disse Prochaska.

A questo punto, con risultati di un solo alone galattico, i ricercatori non possono dire se la densità inaspettatamente bassa e l'intensità del campo magnetico siano insolite o se precedenti studi sugli aloni galattici abbiano sovrastimato queste proprietà. ASKAP e altri radiotelescopi utilizzeranno lampi radio veloci per studiare molti più aloni galattici e risolverne le proprietà.

"Questa galassia potrebbe essere speciale, "Ha detto Prochaska. "Avremo bisogno di usare gli FRB per studiare decine o centinaia di galassie su un intervallo di masse ed età per valutare l'intera popolazione".