Un team di astronomi, compresi i ricercatori del MIT, ha colto un curioso, ritmo ripetuto di lampi radio veloci provenienti da una fonte sconosciuta al di fuori della nostra galassia, 500 milioni di anni luce di distanza.

Lampi radio veloci, o FRB, sono corti, intensi lampi di onde radio che si pensa siano il prodotto di piccole, lontano, oggetti estremamente densi, anche se esattamente cosa potrebbero essere quegli oggetti è un mistero di vecchia data in astrofisica. Gli FRB in genere durano pochi millisecondi, durante il quale possono eclissare intere galassie.

Dal momento che il primo FRB è stato osservato nel 2007, gli astronomi hanno catalogato oltre 100 lampi radio veloci da fonti lontane sparse nell'universo, fuori dalla nostra galassia. Per la maggior parte, questi rilevamenti erano una tantum, lampeggia brevemente prima di scomparire del tutto. In una manciata di casi, gli astronomi hanno osservato più volte lampi radio veloci dalla stessa sorgente, anche se senza uno schema riconoscibile.

Questa nuova fonte FRB, che il team ha catalogato come FRB 180916.J0158+65, è il primo a produrre un periodico, o schema ciclico di raffiche radio veloci. Lo schema inizia con un rumoroso, finestra di quattro giorni, durante il quale la sorgente emette raffiche casuali di onde radio, seguito da un periodo di silenzio radio di 12 giorni.

Gli astronomi hanno osservato che questo modello di 16 giorni di lampi radio veloci si è ripresentato costantemente in 500 giorni di osservazioni. "Questo FRB che stiamo segnalando ora è come un orologio, "dice Kiyoshi Masui, assistente professore di fisica presso il Kavli Institute for Astrophysics and Space Research del MIT. "È lo schema più definitivo che abbiamo visto da una di queste fonti. Ed è un grande indizio che possiamo usare per iniziare a dare la caccia alla fisica di ciò che sta causando questi lampi luminosi, che nessuno capisce veramente".

Masui è membro della collaborazione CHIME/FRB, un gruppo di oltre 50 scienziati guidati dalla University of British Columbia, McGill University, Università di Toronto, e il Consiglio nazionale delle ricerche del Canada, che gestisce e analizza i dati del Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment, o CAMPANELLO, un radiotelescopio nella Columbia Britannica che fu il primo a captare i segnali della nuova sorgente periodica FRB.

La collaborazione CHIME/FRB ha pubblicato oggi sulla rivista i dettagli della nuova osservazione Natura .

Una visione radiofonica

Nel 2017, CHIME è stato eretto presso il Dominion Radio Astrophysical Observatory nella British Columbia, dove ha iniziato rapidamente a rilevare lampi radio veloci dalle galassie in tutto l'universo, miliardi di anni luce dalla Terra.

CHIME è composto da quattro grandi antenne, ciascuno delle dimensioni e della forma di un half pipe da snowboard, ed è progettato senza parti mobili. Piuttosto che ruotare per concentrarsi su diverse parti del cielo, CHIME fissa fisso il cielo intero, utilizzando l'elaborazione del segnale digitale per individuare la regione dello spazio in cui hanno origine le onde radio in entrata.

Da settembre 2018 a febbraio 2020, CHIME ha rilevato 38 raffiche radio veloci da un'unica fonte, FRB 180916.J0158+65, che gli astronomi hanno rintracciato in una regione ribollente di stelle alla periferia di una massiccia galassia a spirale, 500 milioni di anni luce dalla Terra. La sorgente è la sorgente FRB più attiva che CHIME ha ancora rilevato, e fino a poco tempo fa era la sorgente FRB più vicina alla Terra.

Mentre i ricercatori hanno tracciato ciascuna delle 38 esplosioni nel tempo, cominciò a emergere uno schema:uno o due scoppi si sarebbero verificati in quattro giorni, seguito da un periodo di 12 giorni senza scoppi, dopo di che il modello si sarebbe ripetuto. Questo ciclo di 16 giorni si è verificato più e più volte durante i 500 giorni in cui hanno osservato la fonte.

"Queste esplosioni periodiche sono qualcosa che non abbiamo mai visto prima, ed è un nuovo fenomeno in astrofisica, "dice Masui.

Scenari circolari

Quale fenomeno si celi esattamente dietro questo nuovo ritmo extragalattico è una grande incognita, sebbene il team esplori alcune idee nel loro nuovo documento. Una possibilità è che le raffiche periodiche provengano da un singolo oggetto compatto, come una stella di neutroni, che è sia roteante che oscillante, un fenomeno astrofisico noto come precessione. Supponendo che le onde radio provengano da una posizione fissa sull'oggetto, se l'oggetto ruota lungo un asse e quell'asse è puntato solo verso la direzione della Terra ogni quattro giorni su 16, quindi osserveremmo le onde radio come esplosioni periodiche.

Un'altra possibilità riguarda un sistema binario, come una stella di neutroni in orbita attorno a un'altra stella di neutroni o buco nero. Se la prima stella di neutroni emette onde radio, ed è su un'orbita eccentrica che lo avvicina brevemente al secondo oggetto, le maree tra i due oggetti potrebbero essere abbastanza forti da far sì che la prima stella di neutroni si deformi e esploda brevemente prima che si allontani. Questo schema si ripeterebbe quando la stella di neutroni torna indietro lungo la sua orbita.

I ricercatori hanno considerato un terzo scenario, coinvolgendo una sorgente di emissione radio che circonda una stella centrale. Se la stella emette un vento, o nuvola di gas, poi ogni volta che la sorgente passa attraverso la nuvola, il gas della nube potrebbe periodicamente amplificare le emissioni radio della sorgente.

"Forse la fonte emette sempre queste esplosioni, ma li vediamo solo quando attraversa queste nuvole, perché le nuvole fanno da lente, "dice Masui.

Forse la possibilità più eccitante è l'idea che questo nuovo FRB, e anche quelli che non sono periodici o addirittura ripetuti, potrebbe provenire da magnetar, un tipo di stella di neutroni che si pensa abbia un campo magnetico estremamente potente. I particolari delle magnetar sono ancora un po' un mistero, ma gli astronomi hanno osservato che occasionalmente rilasciano enormi quantità di radiazioni attraverso lo spettro elettromagnetico, compresa l'energia nella banda radio.

"Le persone hanno lavorato su come fare in modo che queste magnetar emettano raffiche radio veloci, e questa periodicità che abbiamo osservato da allora è stata elaborata in questi modelli per capire come tutto questo combaci, "dice Masui.

Molto recentemente, lo stesso gruppo ha fatto una nuova osservazione che supporta l'idea che le magnetar possano in effetti essere una valida fonte per i lampi radio veloci. A fine aprile, CHIME ha rilevato un segnale che sembrava un lampo radio veloce, proveniente da un magnetar fiammeggiante, circa 30, 000 anni luce dalla Terra. Se il segnale è confermato, questo sarebbe il primo FRB rilevato all'interno della nostra galassia, così come la prova più convincente delle magnetar come fonte di queste misteriose scintille cosmiche.