Il doppio enigma dei lampi radio veloci

Nuovi dati mostrano che i lampi radio veloci sono molto più frequenti di quanto si pensasse, ma anche che a causarli devono essere almeno due fenomeni astrofisici differenti, infittendo il mistero che li circonda
di Davide Castelvecchi/Nature
www.lescienze.it

Un radiotelescopio in Canada ha rilevato 535 lampi (burst) radio veloci, quadruplicando d’un colpo il numero conosciuto di questi brevi fenomeni altamente energetici. I risultati a lungo attesi mostrano che questi eventi enigmatici sono di due tipi distinti: la maggior parte dei lampi sono eventi unici, mentre una minoranza si ripete periodicamente e dura in media almeno dieci volte di più.

I dati raccolti suggeriscono fortemente che i lampi radio veloci potrebbero essere originati da almeno due distinti fenomeni astrofisici. “Penso che questo sia un buon segno per dimostrare che c’è una differenza”, dice Kiyoshi Masui, astrofisico al Massachusetts Institute of Technology di Cambridge e coautore dello studio.

Questo salto nei dati disponibili ha messo in agitazione la comunità di radioastronomia. “Mi sono svegliata questa mattina e tutti i miei canali Slack [strumento di chat tipicamente usato in collaborazioni di lavoro, NdR]erano pieni di persone che parlavano degli articoli che riferivano la notizia”, dice Laura Spitler, un’astrofisica del Max-Planck-Institut per la radioastronomia a Bonn, in Germania, che nel 2016 aveva partecipato alla scoperta del primo lampo ripetuto  grazie al radiotelescopio di Arecibo, ora collassato.

Il Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) ha rilevato gli eventi nel suo primo anno di funzionamento, tra il 2018 e il 2019. Il gruppo ha annunciato i suoi risultati durante una riunione virtuale dell’American Astronomical Society il 9 giugno, e ha pubblicato quattro lavori sul server di articoli in preprint arXiv.

Tra chi si ripete e chi viene da lontano

Costruito vicino a Penticton nella British Columbia, CHIME è un radiotelescopio senza parti mobili. Comprende quattro antenne a forma di cilindro tagliato a metà, ciascuna lunga 100 metri. In qualsiasi momento, osserva una stretta striscia di cielo sopra di esso. Ma mentre la Terra ruota, il telescopio scansiona il cielo e i chip di elaborazione digitale raccolgono i suoi segnali per formare un’immagine.

Inizialmente CHIME era stato concepito per mappare la distribuzione della materia nell’universo, ma poi al progetto è stato aggiunto un complesso kit di elettronica extra in modo che potesse rilevare anche i lampi radio veloci. Spitler ricorda che molti di quanti lavorano nel campo erano scettici sul potenziale del telescopio nel rilevare i lampi, ma l’ultimo annuncio ha spazzato ogni dubbio. “Stanno effettivamente rispettando le loro previsioni”, dice Spitler. “È davvero impressionante.”

Anche se non ci si può ancora pronunciare in modo definitivo su ciò che causa i lampi radio veloci, i risultati di CHIME sembrano rafforzare l’idea che ce ne siano di almeno due tipi distinti: 61 dei 535 lampi rilevati erano “ripetitori”, che provenivano da 18 fonti che sono state viste produrre lampi più volte. I due gruppi di lampi differiscono nella durata, e gli eventi unici sono molto più brevi. I ripetitori, inoltre, emettono su una banda di frequenze radio molto più stretta rispetto a quelli che li emettono una tantum.

“È di gran lunga la prova più convincente che ci siano due popolazioni distinte”, dice Spitler.

Finora, non c’era una prova robusta: alcuni astronomi sostenevano che i lampi non ripetitivi potevano essere semplicemente ripetitori che non erano stati osservati abbastanza a lungo per vederli lampeggiare di nuovo. “Non significa che il fenomeno sia completamente diverso, ma potrebbe esserlo”, aggiunge Masui.

In genere comunque i lampi radio veloci (che siano ripetuti o no) sono tendenzialmente rilevati per un secondo o più. Ma questa durata è ingannevolmente lunga: mentre i segnali viaggiano attraverso milioni di anni luce di spazio, la materia intergalattica tende a spalmare le onde radio lungo lo spettro, un fenomeno noto come dispersione. Come risultato, le onde a bassa frequenza possono arrivare sulla Terra con un ritardo di diversi secondi rispetto a quelle a più alta frequenza. I ricercatori hanno calcolato che, alla fonte, l’emissione di un lampo radio duri tipicamente solo millisecondi. Durante questo tempo, la fonte di un lampo può emettere 500 milioni di volte più energia di quella del Sole in un tempo comparabile.

L’estensione di questa dispersione di lunghezze d’onda fornisce un’indicazione approssimativa di quanto le onde abbiano dovuto viaggiare. Finora, tutti i lampi hanno dimostrato di avere origine in altre galassie, a eccezione di un evento che si è verificato nella Via Lattea.

Il gruppo CHIME ha riferito che le fonti dei lampi sembrano essere uniformemente distribuite nel cielo. Solo una manciata potrebbe essere ricondotta a una particolare galassia.

Teorie sull’origine

Negli ultimi anni, i ricercatori hanno monitorato alcune regioni del cielo che in passato hanno prodotto lampi, e in alcuni casi li hanno visti ripresentarsi con periodicità regolare. Il “ripetitore” scoperto da Spitler e dai suoi collaboratori nel 2016, per esempio, ha cicli di attività che durano un giorno circa – emettendo diversi lampi all’ora – e si ripetono ogni 160 giorni.

Questa ripetizione regolare offre alcuni indizi su ciò che potrebbe causare il fenomeno. Una possibile spiegazione, dice Spitler, è che i ripetitori potrebbero verificarsi quando una stella di neutroni altamente magnetizzata gira attorno a una stella ordinaria in un’orbita allungata. Quando la stella di neutroni si avvicina periodicamente alla sua compagna, i lampi potrebbero derivare dal suo campo magnetico che disperde il vento stellare altamente energetico.

I non ripetitori, d’altra parte, potrebbero essere il risultato di eventi cataclismatici, come le collisioni di stelle di neutroni, o tempeste magnetiche in giovani stelle di neutroni chiamate magnetar. L’evento della Via Lattea è stato collegato a una nota magnetar. Ma questa teoria è stata messa in dubbio dalla scoperta, riportata il mese scorso, di uno scoppio da un “ammasso globulare” nella galassia M81. Gli ammassi globulari sono dense collezioni di stelle molto vecchie, ed è considerato improbabile che ospitino magnetar.

La prima scoperta di un lampo radio veloce, nel 2007, fu uno shock per i ricercatori, e per molti anni ne sono stati osservati pochi, ricorda Masui. I teorici se ne uscirono con una pletora di possibili spiegazioni, e la battuta ricorrente era che le teorie erano più numerose degli eventi reali. Ora CHIME ha invertito questa tendenza, dice: “Credo che i teorici avranno difficoltà a tenere il passo”. E questo primo catalogo di lampi è solo l’inizio: da quando questi risultati sono stati raccolti, il gruppo ha continuato a rilevare molti altri lampi radio veloci, e li pubblicherà negli anni a venire.

————————-
(L’originale di questo articolo è stato pubblicato su “Nature” il 10 giugno 2021. Traduzione ed editing a cura di Le Scienze. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)