Le ultime osservazioni di Insight-HXMT sono state pubblicate online in Astronomia della natura il 18 febbraio. Insight-HXMT ha scoperto il primissimo lampo di raggi X associato a un lampo radio veloce (FRB) e ha identificato che ha avuto origine dal ripetitore soft-gamma (SGR) J1935+2154, che è una magnetar nella nostra Via Lattea.

Insight-HXMT è il primo a identificare la struttura a doppio picco di questo lampo di raggi X come la controparte ad alta energia di FRB 200428. Questa scoperta, insieme ai risultati di altri telescopi, dimostra che gli FRB possono provenire da esplosioni di magnetar, risolvendo così il vecchio enigma sull'origine degli FRB.

Questi risultati di Insight-HXMT aiutano anche a spiegare il meccanismo di emissione degli FRB, così come il meccanismo di innesco delle raffiche di magnetar.

Questo lavoro è stato condotto da scienziati dell'Istituto di fisica delle alte energie (IHEP) dell'Accademia cinese delle scienze, Università Normale di Pechino, Università del Nevada Las Vegas, Tsinghua University e altre istituzioni.

FRB, scoperto per la prima volta nel 2007, sono un grande mistero in astronomia. Rilasciano un'enorme quantità di energia in pochi millisecondi. Circa un centinaio di tali eventi sono stati rilevati in diverse regioni del nostro universo. Inoltre, FRB ripetuti sono stati trovati dalla stessa direzione.

Considerando il campo visivo ristretto dei radiotelescopi, il tasso di eventi di FRB è molto alto:ogni giorno migliaia di tali esplosioni raggiungono la Terra. Però, prima di questa scoperta da parte di Insight-HXMT e di molti altri strumenti a raggi X spaziali, nessuna radiazione FRB a qualsiasi altra lunghezza d'onda era mai stata rilevata, e tutti gli FRB con una localizzazione abbastanza buona provenivano da lontane fonti extragalattiche, la cui identità e natura sono ancora sconosciute. L'origine ei meccanismi di tali misteriosi fenomeni costituiscono oggi una delle più grandi questioni dell'astronomia.

Gli scienziati hanno proposto molti modelli per spiegare l'origine fisica degli FRB, come la fusione di due oggetti compatti, il crollo di una stella compatta, esplosioni di magnetar, la collisione di una stella di neutroni e un asteroide, o anche segnali di alieni. Negli ultimi anni, più osservazioni hanno rivelato più proprietà degli FRB, intensificando il dibattito sulla loro origine.

Per comprendere la natura degli FRB, dobbiamo rispondere a due domande:qual è la fonte degli FRB, e che aspetto hanno gli FRB in altre bande d'onda?

Il 28 aprile 2020 alle 14:34 GMT, l'esperimento CHIME canadese e l'esperimento STARE2 negli Stati Uniti hanno rilevato indipendentemente un FRB molto luminoso, che è stato chiamato FRB 200428. Veniva più o meno dalla stessa direzione della magnetar galattica SGR J1935+2154. Sulla base della misurazione della dispersione dell'FRB, la fonte di questo FRB si trovava a circa 30, 000 anni luce di distanza, che concorda approssimativamente con la distanza da SGR J1935+2154.

Le magnetar sono un gruppo di stelle di neutroni con campi magnetici superficiali estremi che sono circa 100 trilioni di volte più forti del campo magnetico terrestre. Quando è attivo, una magnetar può emettere brevi lampi di raggi X luminosi. Perciò, i teorici ipotizzano che anche le magnetar possano emettere FRB. A metà aprile 2020, SGR J1935+2154 è entrato in un nuovo periodo attivo e sono state rilasciate centinaia di lampi di raggi X.

In risposta a questa opportunità, Insight-HXMT ha cambiato il suo piano di osservazione e ha iniziato un'osservazione di puntamento di lunga durata di SGR J1935+2154. Circa 8,6 secondi prima di FRB 200428, Insight-HXMT ha rilevato un lampo di raggi X molto luminoso da SGR J1935+2154. Questo burst di raggi X è stato rilevato anche dal satellite europeo INTEGRAL, il rivelatore russo Konus-Wind e il satellite italiano AGILE.

La differenza di tempo è coerente con il ritardo del segnale radio dovuto al mezzo interstellare. Ciò indica che i raggi X e le emissioni radio provengono dalla stessa esplosione.

Per di più, Insight-HXMT è stato in grado di localizzare questo brillante burst di raggi X grazie al design unico dei suoi collimatori, dimostrando così che sia il burst di raggi X che FRB 200428 hanno avuto origine da magnetar SGR J1935+2154. Questo rappresenta non solo la prima fonte confermata di un FRB, ma anche il primo FRB originario della nostra Galassia. È una pietra miliare nella comprensione della natura di FRB e magnetar. La scoperta di FRB 200428 e la ricerca correlata sono state riconosciute come una delle prime 10 scoperte del 2020 da Natura e Scienza .

Rispetto ai dati osservativi di altri satelliti ad alta energia, i dati osservativi su FRB 200428 di Insight-HXMT sono i più ricchi dal punto di vista statistico e coprono la banda di energia più ampia, fornendo così le informazioni temporali e spettrali più dettagliate sul burst di raggi X.

Insight-HXMT è uno dei due satelliti che hanno localizzato indipendentemente questo burst di raggi X, mostrando una precisione molto maggiore rispetto a due radiotelescopi che hanno rilevato FRB 200428. Anche Insight-HXMT ha rilevato, nella curva di luce di questa raffica di raggi X, due punte di raggi X molto strettamente allineate temporalmente con l'FRB, un risultato poi confermato da altri dati satellitari.

Finalmente, Insight-HXMT è l'unico strumento che fornisce dati per un'analisi dettagliata dell'evoluzione spettrale di questo burst di raggi X. Nello specifico, lo spettro dei raggi X di questi due picchi è significativamente diverso dagli spettri di altre parti del burst e dalla maggior parte dei lampi di raggi X delle magnetar. Questi risultati sono fondamentali per comprendere il meccanismo fisico degli FRB.

In sintesi, Insight-HXMT ha scoperto che questo lampo di raggi X proviene da magnetar SGR J1935+2154, i due picchi di questo lampo di raggi X sono la controparte ad alta energia di FRB 200428, e lo spettro di questo lampo di raggi X è speciale. Queste osservazioni mostrano anche che Insight-HXMT è molto potente come osservatorio spaziale.

Insight-HXMT è il primo osservatorio a raggi X della Cina nello spazio. È stato proposto per la prima volta da LI Tipei e WU Mei di IHEP nel 1993. Insight-HXMT è finanziato dalla China National Space Administration e dal CAS. IHEP è responsabile dei payload satellitari, il data center della scienza e la ricerca scientifica. La China Academy of Space Technology è il costruttore della piattaforma satellitare Insight-HXMT. Università di Tsinghua, il Centro Nazionale di Scienze Spaziali, Anche la Beijing Normal University e altri istituti hanno contribuito alla missione Insight-HXMT. La calibrazione dei rivelatori a bordo di Insight-HXMT è stata supportata dall'Istituto Nazionale di Metrologia, Università di Ferrara in Italia e Istituto Max Planck per la fisica extraterrestre.

Dal suo lancio il 15 giugno, 2017, Insight-HXMT opera con successo in orbita da oltre 3,5 anni. Ha ottenuto una serie di importanti risultati scientifici sui buchi neri, stelle di neutroni e altri fenomeni.

Poiché Insight-HXMT opera senza problemi in orbita, la missione spaziale Enhanced X-ray Timing and Polarimetry (eXTP), sviluppato da IHEP e da molte altre istituzioni partner nazionali e internazionali, è entrato nella fase-B (fase di progettazione), dopo più di 10 anni di studio preliminare e sviluppo tecnologico chiave. Aumenterà la capacità di studiare le stelle di neutroni e i buchi neri di un ordine di grandezza o più, rispetto ad altri satelliti simili.

eXTP porterà la Cina e il consorzio internazionale eXTP alla frontiera dell'astronomia spaziale ad alta energia. Le controparti ad alta energia degli FRB extragalattici sono molto deboli a causa della loro grande distanza. eXTP sarà uno strumento ideale per rilevarli.