Gli astronomi della Penn State University hanno scoperto che i misteriosi "fischi cosmici" noti come esplosioni radio veloci possono dare un pugno serio, in alcuni casi rilasciando un miliardo di volte più energia nei raggi gamma rispetto alle onde radio e rivaleggiando con i cataclismi stellari noti come supernova per la loro potenza esplosiva. La scoperta, la prima scoperta di emissione non radio da qualsiasi raffica radio veloce, alza drasticamente la posta in gioco per i modelli di lampi radio veloci e si prevede che stimolerà ulteriormente gli sforzi degli astronomi per inseguire e identificare controparti di lunga durata ai lampi radio veloci utilizzando i raggi X, ottico, e radiotelescopi.
Lampi radio veloci, che gli astronomi chiamano FRB, sono stati scoperti per la prima volta nel 2007, e negli anni successivi i radioastronomi hanno rilevato alcune dozzine di questi eventi. Sebbene durino pochi millisecondi a qualsiasi singola frequenza, le loro grandi distanze dalla Terra - e grandi quantità di plasma interposto - ritardano il loro arrivo a frequenze più basse, diffondendo il segnale per un secondo o più e producendo un caratteristico "fischio" verso il basso attraverso la tipica banda del ricevitore radio.
"Questa scoperta rivoluziona la nostra immagine degli FRB, alcuni dei quali apparentemente si manifestano sia come un fischio che come un botto, " ha detto il coautore Derek Fox, un professore di astronomia e astrofisica della Penn State. Il radiofischio può essere rilevato da radiotelescopi terrestri, mentre il botto di raggi gamma può essere rilevato da satelliti ad alta energia come la missione Swift della NASA. "Le stime di velocità e distanza per gli FRB suggeriscono che, qualunque cosa siano, sono un fenomeno relativamente comune, che si verificano da qualche parte nell'universo più di 2, 000 volte al giorno."
Gli sforzi per identificare le controparti di FRB sono iniziati subito dopo la loro scoperta, ma fino ad ora sono rimasti tutti vani. In un articolo pubblicato l'11 novembre in Lettere per riviste astrofisiche la squadra di Penn State, guidato dallo studente laureato in fisica James DeLaunay, riporta l'emissione di raggi gamma luminosi dal lampo radio veloce FRB 131104, chiamato dopo la data in cui si è verificato, 4 novembre 2013. "Ho iniziato questa ricerca di controparti FRB senza aspettarmi di trovare nulla, " ha detto DeLaunay. "Questo burst è stato il primo che ha avuto anche dati utili da analizzare. Quando ho visto che mostrava una possibile controparte di raggi gamma, Non potevo credere alla mia fortuna!"
Scoperta del "bang" di raggi gamma da FRB 131104, la prima controparte non radiofonica di qualsiasi FRB, è stato reso possibile dal satellite Swift della NASA, in orbita attorno alla Terra, che stava osservando la parte esatta del cielo in cui si è verificato FRB 131104 quando l'esplosione è stata rilevata dal radiotelescopio dell'Osservatorio di Parkes a Parkes, Australia. "Swift osserva sempre il cielo alla ricerca di esplosioni di raggi X e gamma, " ha detto Neil Gehrels, Principal Investigator della missione e capo del Laboratorio di fisica delle astroparticelle presso il Goddard Space Flight Center della NASA. "Che piacere è stato catturare questo lampo da uno dei misteriosi lampi radio veloci."
"Sebbene i teorici avessero previsto che gli FRB potessero essere accompagnati da raggi gamma, l'emissione di raggi gamma che vediamo da FRB 131104 è sorprendentemente lunga e brillante, " disse Fox. La durata dell'emissione di raggi gamma, da due a sei minuti, è molte volte la durata in millisecondi dell'emissione radio. E l'emissione di raggi gamma di FRB 131104 supera le sue emissioni radio di oltre un miliardo di volte, aumentando drasticamente le stime del fabbisogno energetico dell'esplosione e suggerendo gravi conseguenze per i dintorni dell'esplosione e la galassia ospite.
Esistono due modelli comuni per l'emissione di raggi gamma dagli FRB:uno che invoca eventi di brillamento magnetico dalle magnetar - stelle di neutroni altamente magnetizzate che sono i resti densi di stelle collassate - e un altro che invoca la fusione catastrofica di due stelle di neutroni, scontrandosi per formare un buco nero. Secondo il coautore Kohta Murase, un professore e teorico della Penn State, "Il rilascio di energia che vediamo è impegnativo per il modello magnetar a meno che il burst non sia relativamente vicino. La lunga scala temporale dell'emissione di raggi gamma, mentre inaspettato in entrambi i modelli, potrebbe essere possibile in un evento di fusione se osserviamo la fusione dal lato, in uno scenario fuori asse".
"Infatti, l'energia e la scala temporale dell'emissione di raggi gamma è una corrispondenza migliore con alcuni tipi di supernova, o ad alcuni degli eventi di accrescimento di buchi neri supermassicci che Swift ha visto, " ha detto Fox. "Il problema è che nessun modello esistente prevede che vedremmo un FRB in questi casi".
La brillante emissione di raggi gamma da FRB 131104 suggerisce che il burst, e ad altri piace, potrebbe essere accompagnato da una radiografia di lunga durata, ottico, o emissioni radio. Tali controparti sono viste in modo affidabile sulla scia di esplosioni cosmiche relativamente energetiche, inclusi entrambi i cataclismi su scala stellare:supernovae, razzi magnetar, e lampi di raggi gamma e attività di accrescimento episodica o continua dei buchi neri supermassicci che comunemente si nascondono nei centri delle galassie.
Infatti, Le osservazioni a raggi X e ottiche Swift sono state effettuate due giorni dopo FRB 131104, grazie alla pronta analisi dei radioastronomi (che non erano a conoscenza della controparte dei raggi gamma) e alla pronta risposta del team operativo della missione Swift, con sede a Penn State. Nonostante questa risposta relativamente ben coordinata, nessuna radiografia di lunga durata, ultravioletto, o è stata vista una controparte ottica.
Gli autori sperano di partecipare a future campagne volte a scoprire più controparti FRB, e in questo modo, rivelando infine le fonti responsabili di questi onnipresenti e misteriosi eventi. "Idealmente, queste campagne inizieranno subito dopo lo scoppio e continueranno per diverse settimane dopo per assicurarsi che nulla venga perso. Forse saremo ancora più fortunati la prossima volta, " ha detto De Launay.