Gli astronomi che utilizzano il telescopio spaziale Hubble della NASA hanno tracciato le posizioni di cinque brevi, potenti esplosioni radio verso i bracci a spirale di cinque galassie lontane.

Chiamati fast radio burst (FRB), questi eventi straordinari generano in un millesimo di secondo tanta energia quanta ne produce il sole in un anno. Poiché questi impulsi radio transitori scompaiono in molto meno di un battito di ciglia, i ricercatori hanno avuto difficoltà a rintracciare da dove provengono, molto meno determinare quale tipo di oggetto o oggetti li sta causando. Perciò, La maggior parte delle volte, gli astronomi non sanno esattamente dove guardare.

Localizzare da dove provengono queste esplosioni, e in particolare, da quali galassie provengono, è importante per determinare quali tipi di eventi astronomici innescano lampi di energia così intensi. La nuova indagine Hubble su otto FRB aiuta i ricercatori a restringere l'elenco delle possibili fonti di FRB.

Flash nella notte

Il primo FRB è stato scoperto nei dati archiviati registrati dall'osservatorio radiofonico di Parkes il 24 luglio, 2001. Da allora gli astronomi hanno scoperto fino a 1, 000 FRB, ma sono stati in grado di associarne solo circa 15 a particolari galassie.

"I nostri risultati sono nuovi ed entusiasmanti. Questa è la prima visualizzazione ad alta risoluzione di una popolazione di FRB, e Hubble rivela che cinque di loro sono localizzati vicino o sui bracci a spirale di una galassia, ", ha affermato Alexandra Mannings dell'Università della California, Santa Cruz, l'autore principale dello studio. "La maggior parte delle galassie sono enormi, relativamente giovane, e ancora formando stelle. L'imaging ci consente di avere un'idea migliore delle proprietà complessive dell'ospite-galassia, come la sua massa e il tasso di formazione stellare, oltre a sondare cosa sta succedendo proprio nella posizione di FRB perché Hubble ha una risoluzione così grande".

Nello studio Hubble, gli astronomi non solo li hanno bloccati tutti per ospitare le galassie, ma hanno anche identificato i tipi di luoghi da cui hanno avuto origine. Hubble ha osservato una delle sedi FRB nel 2017 e le altre sette nel 2019 e 2020.

"Non sappiamo cosa causa gli FRB, quindi è molto importante usare il contesto quando ce l'abbiamo, " ha detto il membro del team Wen-fai Fong della Northwestern University di Evanston, Illinois. "Questa tecnica ha funzionato molto bene per identificare i progenitori di altri tipi di transitori, come le supernove e i lampi di raggi gamma. Hubble ha giocato un ruolo importante in quegli studi, pure."

Le galassie nello studio di Hubble esistevano miliardi di anni fa. astronomi, perciò, stanno vedendo le galassie come apparivano quando l'universo aveva circa la metà della sua età attuale.

Molti di loro sono enormi come la nostra Via Lattea. Le osservazioni sono state effettuate in luce ultravioletta e nel vicino infrarosso con la Wide Field Camera 3 di Hubble.

La luce ultravioletta traccia il bagliore di giovani stelle infilate lungo le braccia tortuose di una galassia a spirale. I ricercatori hanno utilizzato le immagini nel vicino infrarosso per calcolare la massa delle galassie e scoprire dove risiedono le popolazioni di stelle più vecchie.

Posizione, Posizione, Posizione

Le immagini mostrano una diversità di struttura del braccio a spirale, da strettamente avvolto a più diffuso, rivelando come le stelle sono distribuite lungo queste caratteristiche prominenti. I bracci a spirale di una galassia tracciano la distribuzione dei giovani, stelle massicce. Però, le immagini di Hubble rivelano che gli FRB trovati vicino ai bracci a spirale non provengono dalle regioni più luminose, che risplendono della luce di grandi stelle. Le immagini aiutano a supportare un'immagine che gli FRB probabilmente non hanno origine dal più giovane, stelle più massicce.

Questi indizi hanno aiutato i ricercatori a escludere alcuni dei possibili fattori scatenanti dei tipi di questi brillanti bagliori, comprese le morti esplosive dei più giovani, stelle più massicce, che generano lampi di raggi gamma e alcuni tipi di supernova. Un'altra fonte improbabile è la fusione di stelle di neutroni, i nuclei schiacciati di stelle che terminano la loro vita in esplosioni di supernova. Queste fusioni richiedono miliardi di anni per verificarsi e di solito si trovano lontano dai bracci a spirale delle galassie più vecchie che non formano più stelle.

Mostri magnetici

I risultati di Hubble del team, però, sono coerenti con il modello principale secondo cui gli FRB hanno origine da giovani esplosioni di magnetar. Le magnetar sono un tipo di stella di neutroni con potenti campi magnetici. Sono chiamati i magneti più potenti dell'universo, possiede un campo magnetico 10 trilioni di volte più potente di un magnete per la porta di un frigorifero. Gli astronomi lo scorso anno hanno collegato le osservazioni di un FRB avvistato nella nostra galassia, la Via Lattea, con una regione in cui risiede una magnetar nota.

"A causa dei loro forti campi magnetici, le magnetar sono abbastanza imprevedibili, " Fong ha spiegato. "In questo caso, si pensa che gli FRB provengano da razzi di una giovane magnetar. Le stelle massicce attraversano l'evoluzione stellare e diventano stelle di neutroni, alcuni dei quali possono essere fortemente magnetizzati, portando a bagliori e processi magnetici sulle loro superfici, che può emettere luce radio. Il nostro studio si adatta a questo quadro ed esclude progenitori molto giovani o molto vecchi per gli FRB".

Le osservazioni hanno anche aiutato i ricercatori a rafforzare l'associazione degli FRB con massicci, galassie che formano stelle. Precedenti osservazioni a terra di alcune possibili galassie ospiti FRB non hanno rilevato chiaramente la struttura sottostante, come bracci a spirale, in molti di loro. astronomi, perciò, non poteva escludere la possibilità che gli FRB provenissero da una galassia nana nascosta al di sotto di una galassia massiccia. Nel nuovo studio Hubble, un'attenta elaborazione e analisi delle immagini ha permesso ai ricercatori di escludere le galassie nane sottostanti, secondo il coautore Sunil Simha dell'Università della California, Santa Cruz.

Sebbene i risultati di Hubble siano entusiasmanti, i ricercatori affermano di aver bisogno di più osservazioni per sviluppare un'immagine più definitiva di questi lampi enigmatici e individuare meglio la loro fonte. "Questo è un campo così nuovo ed eccitante, " ha detto Fong. "Trovare questi eventi localizzati è un pezzo importante del puzzle, e un pezzo di puzzle davvero unico rispetto a ciò che è stato fatto prima. Questo è un contributo unico di Hubble".

I risultati della squadra appariranno in un prossimo numero di Il Giornale Astrofisico.