Il misterioso scoppio della radio nella nostra galassia è venuto da una magnetar

Impressione artistica di un'esplosione magnetar, che mostra il campo magnetico dell'oggetto e l'emissione del fascio bidirezionale, esplosa da un episodio di rottura della crosta.

Per la prima volta in assoluto, gli astronomi hanno collegato un oggetto reale a quelle misteriose esplosioni radio che hanno rilevato dal 2007. Il colpevole in questo caso, come sospettato, è un oggetto superdenso noto come magnetar, ma la scoperta ha suggerito una serie completamente nuova di domande.

Negli ultimi anni, gli scienziati hanno rilevato centinaia di potenti impulsi lunghi millisecondi noti come Fast Radio Burst (FRB), tutti provenienti dall'esterno della nostra galassia. Ma il 28 aprile 2020 è accaduto qualcosa di incredibile : gli astrofisici hanno raccolto un FRB dall'interno della Via Lattea, un evento che ha suscitato molta eccitazione e conversazione.

Questo particolare scoppio, denominato FRB 200428, sembrava provenire da una stella di neutroni altamente magnetica nota come magnetar SGR 1935 + 2154. Che i due potessero essere collegati era considerata una possibilità concreta in quel momento, e dopo aver raccolto, ispezionato, incrociato e corretto tutti i dati astronomici disponibili, tre team indipendenti di scienziati hanno ora confermato che è così. Le magnetar, come concludono questi tre nuovi articoli su Nature, sono una possibile fonte di FRB.

Fino a questo punto, "non ci sono state prove osservative che colleghino direttamente FRB con magnetar", hanno scritto Amanda Weltman e Anthony Walters, entrambi astrofisici presso l'Università di Città del Capo, in un articolo di accompagnamento di News and Views. "Il rilevamento riportato nei tre nuovi documenti offre la prima di tali prove, fornendo così indizi vitali che ci aiuteranno a comprendere le origini di almeno alcuni FRB", secondo la coppia, che non era coinvolta nella nuova ricerca.

La conferma è stata possibile grazie alla cooperazione internazionale e alla messa in comune dei dati raccolti da più osservatori, alcuni a terra e altri nello spazio. E poiché il FRB galattico ha coinciso con esplosioni di raggi gamma e raggi X, gli astrofisici hanno acquisito un nuovo importante indizio nella loro ricerca per saperne di più su questo strano fenomeno celeste.

All'inizio, gli scienziati pensavano che questi impulsi luminosi delle onde radio fossero eventi unici, ma alcuni si sono ripetuti . Ciò significava che gli FRB, o almeno alcuni FRB, non erano il prodotto di eventi catastrofici. Tuttavia, alcune delle sorgenti preferite di queste esplosioni includevano stelle di neutroni, esplosioni di supernova o interazioni sconosciute con i buchi neri. Il fatto che gli FRB provenissero esclusivamente da sorgenti al di fuori della nostra galassia era un serio limite, poiché viaggiavano da così lontano. Da qui l'importanza di FRB 200428.

"Finora, tutti gli FRB che i telescopi ... hanno rilevato erano in altre galassie, il che li rende piuttosto difficili da studiare in grande dettaglio", ha spiegato Ziggy Pleunis, uno studente di dottorato senior presso la McGill University di Montreal e un co- autore del nuovo studio prodotto dalla collaborazione CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment).

Il telescopio CHIME.

Questa storia inizia il 27 aprile, il giorno prima della galattica FRB. Due telescopi spaziali, il Neil Gehrels Swift Observatory e il Fermi Gamma-ray Space Telescope, hanno captato più raffiche, sia nei raggi X che nei raggi gamma, provenienti dalla direzione della magnetar SGR 1935 + 2154.

Il giorno seguente ha portato la roba buona, quando gli astronomi di CHIME hanno rilevato il luminoso impulso radio. L'osservatorio CHIME si trova nella provincia canadese della British Columbia ed è composto da 100 riflettori parabolici.

Lo stesso giorno, gli scienziati con STARE2 (Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2) hanno colto la stessa cosa. STARE2 è costituito da tre stazioni situate nel sud-ovest degli Stati Uniti.

Nel corso di una conferenza stampa tenutasi il Lunedi, Christopher Bochenek, un astrofisico con STARE2 e il primo autore della sua squadra di carta sulla constatazione, si è detto “paralizzato per l'eccitazione” quando ha visto prima i dati. La raffica è stata così forte, ha detto, che potrebbe essere stata rilevata da un telefono cellulare sintonizzato sulla frequenza giusta al momento giusto. Più specificamente, la quantità di energia radio racchiusa in questo singolo impulso luminoso è uguale alla quantità di energia radio prodotta dal Sole ogni 30 secondi, ha affermato Bochenek, ricercatore presso il California Institute of Technology.

C'era una strana discrepanza nei dati, tuttavia, poiché il segnale ricevuto da STARE2 era 1.000 volte più luminoso del segnale ricevuto da CHIME. I due gruppi hanno studiato la disparità, scoprendo che la colpa era di un problema di calibrazione presso CHIME. Una volta corretti, i dati CHIME corrispondevano alle osservazioni STARE2, evidenziando l'importanza di raccogliere dati astronomici da più fonti. Entrambe le squadre hanno concluso indipendentemente che FRB 200428 ha avuto origine dalla magnetar SGR 1935 + 2154, che si trova a 30.000 anni luce di distanza.

Come ha sottolineato Bochenek, CHIME ha registrato due burst discreti separati da 30 millisecondi, mentre STARE2 ne ha visto solo uno, ma è prevedibile, date le differenze nei sistemi. Grazie a CHIME, "sappiamo da dove proveniva" e grazie a STARE2, "sapevamo quanto fosse luminoso", ha detto. Presi insieme, questo è ora "il primo FRB che proviene da un oggetto conosciuto", ha detto Bochenek.

Tre telescopi spaziali hanno anche rilevato segnali a raggi X provenienti dalla magnetar durante l'esplosione, vale a dire il telescopio spaziale INTEGRAL dell'ESA, il telescopio spaziale cinese Insight e lo strumento Konus della Russia a bordo del satellite WIND della NASA. Quindi, in totale, cinque diversi osservatori hanno catturato l'evento in qualche forma.

Il telescopio ad apertura sferica da cinquecento metri (FAST) nella provincia di Guizhou, Cina.

Sempre il 28 aprile, la stessa porzione di cielo è stata scansionata dal telescopio sferico cinese da cinquecento metri (FAST), ma non nel momento esatto in cui è apparso FRB 200428. I dati raccolti durante lo stesso giorno, tuttavia, hanno mostrato che la magnetar era diventata piuttosto attiva, emettendo 29 ripetitori gamma morbidi - grandi esplosioni di raggi gamma e raggi X - durante uno scoppio d'ira di 30 minuti. Nessun FRB è stato rilevato durante questa fase di esplosione, offrendo nuovi indizi allettanti sulla natura e le circostanze associate alle raffiche radio veloci. I dettagli di queste osservazioni sono stati pubblicati in un documento guidato da Bing Zhang dell'Università del Nevada a Las Vegas. Zhang è anche coautore di un quarto articolo in questo set, che tratta dei possibili meccanismi fisici alla base degli FRB.

Come hanno spiegato Weltman e Walters nel loro articolo News and Views, FRB 200428 è il “primo FRB per il quale sono state rilevate emissioni diverse dalle onde radio, il primo ad essere trovato nella Via Lattea e il primo ad essere associato a una magnetar. " Inoltre, è il "lampo radio più luminoso da una magnetar galattica che sia stato misurato finora". E poiché FRB 200428 è il primo lampo radio galattico brillante come quelli provenienti dalle galassie vicine, "fornisce anche le prove necessarie che le magnetar potrebbero essere le fonti di FRB extragalattiche".

Zhang, parlando alla conferenza stampa, ha detto che in precedenza non era ottimista sul fatto che gli astronomi trovassero una fonte di FRB, poiché una "pistola fumante" sembrava improbabile. Ma questa scoperta, "proprio nel nostro cortile", mostra che provengono da magnetar, ha detto, aggiungendo che le magnetar possono spiegare alcuni e forse tutti gli FRB osservati nell'universo, "ma potrebbe esserci più di un progenitore".

In effetti, rimangono alcune domande molto importanti. Non è chiaro, ad esempio, se le magnetar siano l'unica fonte di FRB e se anche altri fenomeni celesti possano produrre impulsi con le stesse caratteristiche. E come ha sottolineato Bochenek, sarà "importante definire con quale frequenza queste cose accadono nell'universo".

Inoltre, gli astrofisici dovranno ora capire in che modo le magnetar sono in grado di produrre queste potenti e brevi raffiche di energia. Le teorie correnti includono bagliori magnetar che si infrangono nel mezzo circostante, causando un'onda d'urto o crepe che si formano sulla superficie di stelle di neutroni super dense. Su quest'ultimo punto, e anche se difficile da credere, FRBs potrebbe in realtà essere collegate a neutroni starquakes .

Infine, c'è la questione dei pezzi unici e dei ripetitori. L'FRB osservato nella Via Lattea non sembra essere un ripetitore, il che "suggerisce che c'è una differenza" e che "sta succedendo qualcos'altro", ha detto Bochenek. Alla conferenza stampa, l'astrofisico Daniele Michille, coautore dell'articolo CHIME, ha affermato che sono possibili diverse possibili classi di fonti di FRB. Zhang ha la sensazione che i pezzi unici siano probabilmente ripetitori, è solo che non siamo in grado di rilevare tutte le raffiche. Le magnetar, come ha sottolineato, non muoiono dopo aver emesso FRB. Allo stesso tempo, tuttavia, una fusione di stelle di neutroni potrebbe spiegare un evento una tantum, o una stella di neutroni che si fonde con un buco nero, entrambi i quali potrebbero plausibilmente produrre FRB e provocare anche la distruzione della sorgente. Ma solo una piccola percentuale di FRB è probabile che sia di natura catastrofica, e quindi eventi unici, secondo Zhang.

Quando si tratta di comprendere gli FRB, siamo ancora limitati da scarse quantità di dati, effetti di selezione osservativi problematici e le intense distanze coinvolte. Il rilevamento di un FRB galattico nella nostra galassia, e quindi l'associazione con un oggetto noto, rappresenta un enorme passo avanti, ma c'è ancora molto da capire. Ciò che abbiamo imparato sugli FRB negli ultimi 13 anni, tuttavia, è a dir poco sbalorditivo e dovremmo essere ottimisti su ciò che impareremo nei prossimi decenni.

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