Gli astronomi del MIT e altri loro colleghi hanno rilevato uno strano e persistente segnale radio proveniente da una galassia lontana che sembra lampeggiare con sorprendente regolarità. Il segnale è classificato come un burst radio veloce, o FRB, un’esplosione intensamente forte di onde radio di origine astrofisica sconosciuta, che in genere dura al massimo alcuni millisecondi. Tuttavia, questo nuovo segnale persiste per un massimo di tre secondi, circa 1.000 volte più a lungo dell’FRB medio. All’interno di questa finestra, il team ha rilevato esplosioni di onde radio che si ripetono ogni 0,2 secondi in uno schema periodico chiaro, simile a un cuore che batte.
I ricercatori hanno etichettato il segnale FRB 20191221A, ed è attualmente l’FRB più duraturo, con lo schema periodico più chiaro, rilevato fino ad oggi. La fonte del segnale si trova in una galassia lontana, a diversi miliardi di anni luce dalla Terra. Quale possa essere esattamente quella sorgente rimane un mistero, anche se gli astronomi sospettano che il segnale possa provenire da una pulsar radio o da una magnetar, che sono entrambi tipi di stelle di neutroni: nuclei di stelle giganti collassati estremamente densi e che ruotano rapidamente.
“Non ci sono molte cose nell’universo che emettono segnali rigorosamente periodici”, dice Daniele Michilli, un post-dottorato al Kavli Institute for Astrophysics and Space Research del MIT. “Esempi che conosciamo nella nostra galassia sono radio pulsar e magnetar, che ruotano e producono un’emissione di raggi simile a un faro. E pensiamo che questo nuovo segnale potrebbe essere una magnetar o pulsar su steroidi”.
Il team spera di rilevare più segnali periodici da questa fonte, che potrebbero quindi essere utilizzati come orologio astrofisico. Ad esempio, la frequenza delle esplosioni e il modo in cui cambiano quando la sorgente si allontana dalla Terra potrebbero essere utilizzate per misurare la velocità con cui l’universo si sta espandendo.
La scoperta è riportata oggi sulla rivista Nature ed è scritta dai membri della CHIME/FRB Collaboration, inclusi i coautori del MIT Calvin Leung, Juan Mena-Parra, Kaitlyn Shin e Kiyoshi Masui al MIT, insieme a Michilli, che ha guidato la scoperta prima come ricercatore alla McGill University e poi come post-dottorato al MIT.
Da quando il primo FRB è stato scoperto nel 2007, centinaia di lampi radio simili sono stati rilevati in tutto l’universo, più recentemente dal Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment, o CHIME, un radiotelescopio interferometrico costituito da quattro grandi riflettori parabolici che si trova al Dominion Osservatorio radioastrofisico nella Columbia Britannica, Canada. CHIME osserva continuamente il cielo mentre la Terra ruota ed è progettato per captare le onde radio emesse dall’idrogeno nelle primissime fasi dell’universo. Il telescopio è anche sensibile ai lampi radio veloci e, da quando ha iniziato a osservare il cielo nel 2018, CHIME ha rilevato centinaia di FRB provenienti da diverse parti del cielo.
La stragrande maggioranza degli FRB osservati fino ad oggi sono una tantum: esplosioni ultraluminose di onde radio che durano alcuni millisecondi prima di spegnersi. Di recente, i ricercatori hanno scoperto il primo FRB periodico che sembrava emettere uno schema regolare di onde radio. Questo segnale consisteva in una finestra di quattro giorni di esplosioni casuali che si ripetevano poi ogni 16 giorni. Questo ciclo di 16 giorni indicava uno schema periodico di attività, sebbene il segnale dei lampi radio effettivi fosse casuale piuttosto che periodico.
Il 21 dicembre 2019, CHIME ha raccolto un segnale di un potenziale FRB, che ha immediatamente attirato l’attenzione di Michilli, che stava scansionando i dati in arrivo. “Era insolito”, ricorda. “Non solo è stato molto lungo, della durata di circa tre secondi, ma c’erano picchi periodici straordinariamente precisi, che emettevano ogni frazione di secondo — boom, boom, boom — come un battito cardiaco. Questa è la prima volta che il segnale stesso è periodico”.
Analizzando il modello delle esplosioni radio di FRB 20191221A, Michilli e i suoi colleghi hanno trovato somiglianze con le emissioni di pulsar e magnetar radio nella nostra galassia. Le radio pulsar sono stelle di neutroni che emettono fasci di onde radio, che sembrano pulsare mentre la stella ruota, mentre un’emissione simile è prodotta dalle magnetar a causa dei loro campi magnetici estremi.
La principale differenza tra il nuovo segnale e le emissioni radio delle nostre pulsar e magnetar galattiche è che FRB 20191221A sembra essere oltre un milione di volte più luminoso. Michilli dice che i lampi luminosi potrebbero provenire da una lontana pulsar radio o magnetar che normalmente è meno luminosa mentre ruota e per qualche ragione sconosciuta ha espulso un treno di lampi brillanti, in una rara finestra di tre secondi che CHIME è stato fortunatamente posizionato per catturare.
“CHIME ha ora rilevato molti FRB con proprietà diverse”, afferma Michilli. “Ne abbiamo visti alcuni che vivono all’interno di nuvole molto turbolente, mentre altri sembrano essere in ambienti puliti. Dalle proprietà di questo nuovo segnale, possiamo dire che attorno a questa sorgente c’è una nuvola di plasma che deve essere estremamente turbolento.”
Gli astronomi sperano di cogliere ulteriori lampi dal periodico FRB 20191221A, che possono aiutare a perfezionare la loro comprensione della sua sorgente e delle stelle di neutroni in generale.
“Questo rilevamento solleva la domanda su cosa potrebbe causare questo segnale estremo che non abbiamo mai visto prima e come possiamo usare questo segnale per studiare l’universo”, afferma Michilli. “I futuri telescopi promettono di scoprire migliaia di FRB al mese e a quel punto potremmo trovare molti di più di questi segnali periodici”.
Questa ricerca è stata sostenuta, in parte, dalla Canada Foundation for Innovation.
Fonte: Materiali forniti dal Massachusetts Institute of Technology . Originale scritto da Jennifer Chu.
Riferimento del giornale: La collaborazione CHIME/FRB., Andersen, BC, Bandura, K. et al. Periodicità inferiore al secondo in una raffica radio veloce . Natura , DOI 2022: 10.1038/s41586-022-04841-8
