Il telescopio spaziale James Webb ha individuato la galassia da cui proviene FRB 20240304B, un lampo radio veloce emesso quando l’universo aveva appena tre miliardi di anni. La galassia è una nana, circa 1.000 volte meno massiccia di quanto gli astronomi si aspettassero, e stava formando attivamente nuove stelle. Il risultato, pubblicato sulla rivista Science, offre indizi sull’origine di questi segnali cosmici e mostra come possano essere usati per studiare la materia tra le galassie.
I lampi radio veloci, o FRB, sono brevi esplosioni di onde radio provenienti da regioni lontane dello spazio. Durano in genere pochi millisecondi, ma possono liberare enormi quantità di energia. Scoperti per la prima volta nel 2007, restano ancora in gran parte misteriosi: alcuni si ripetono, mentre altri sembrano verificarsi una sola volta. La loro imprevedibilità rende difficile collegarli a una sorgente precisa e capire quale ambiente li abbia prodotti. Per saperne di più sulle origini dei lampi radio veloci, gli astronomi studiano le galassie da cui provengono.
FRB 20240304B è stato rilevato il 4 marzo 2024 dal team MeerTRAP, con il radiotelescopio MeerKAT in Sudafrica. Le prime osservazioni indicavano una sorgente molto lontana, ma i più grandi telescopi ottici terrestri non riuscivano a vedere una galassia nella posizione del lampo.
A individuare la galassia è stato Webb, usando la sua Near-Infrared Camera (NIRCam), una camera per osservazioni nel vicino infrarosso. Nell’immagine, un riquadro bianco segnala la zona della galassia ospite; l’ingrandimento ne mostra il debole bagliore blu, mentre una croce bianca indica la posizione del segnale radio.
Lo spettrografo nel vicino infrarosso di Webb, NIRSpec, ha misurato il redshift della galassia: un valore che indica quanto la luce si sia allungata a causa dell’espansione dell’universo e permette di stimare la distanza e l’epoca in cui è stata emessa. Il redshift, pari a 2,148, conferma che il lampo risale a quando l’universo aveva circa tre miliardi di anni. È il lampo radio veloce più lontano mai identificato.
La galassia ospite è risultata molto diversa da quella attesa. I ricercatori immaginavano una galassia grande e ricca di stelle, ma Webb ha rivelato una galassia nana, circa 1.000 volte meno massiccia del previsto. Pur essendo piccola, formava attivamente nuove stelle. Appartiene al periodo chiamato «mezzogiorno cosmico», quando la formazione stellare nell’universo raggiunse il suo picco. Secondo le stime dei ricercatori, la maggior parte delle stelle della galassia potrebbe essersi formata in appena 30 milioni di anni.
«Pensavamo di trovare una galassia grande e ben formata, con moltissime stelle; invece era una piccola galassia nana, anche se stava formando attivamente nuove stelle», ha dichiarato Manisha Caleb dell’Università di Sydney, che ha guidato lo studio.
Tra le possibili spiegazioni dei lampi radio veloci, due sono particolarmente rilevanti per questo caso. Una prevede la fusione di due stelle di neutroni, resti estremamente densi lasciati dalla morte di stelle massicce. Poiché queste fusioni possono richiedere miliardi di anni, sono più probabili nelle popolazioni stellari più vecchie. L’altra ipotesi riguarda le magnetar, stelle di neutroni con campi magnetici eccezionalmente potenti, che possono formarsi dopo l’esplosione di una stella massiccia come supernova. In determinate condizioni, l’attività della magnetar o delle regioni vicine potrebbe produrre un intenso lampo radio, anche relativamente presto dopo la morte della stella originaria.
La giovane popolazione stellare della galassia rende più plausibile l’ipotesi della magnetar. «Il nostro lavoro suggerisce che è molto improbabile che questo FRB sia stato prodotto da una fusione», ha detto Caleb. La scoperta, tuttavia, non dimostra quale processo abbia generato il segnale: rafforza soltanto l’ipotesi che magnetar giovani possano essere all’origine di alcuni lampi radio veloci.
Il segnale ha fornito informazioni anche sul materiale incontrato durante il viaggio verso la Terra. Le onde radio interagiscono con la materia lungo il percorso e ne conservano tracce che gli astronomi possono analizzare per studiare strutture cosmiche difficili da osservare direttamente. Nel lampo i ricercatori hanno individuato indizi di due ammassi di galassie: uno finora sconosciuto, a circa 3,5 miliardi di anni luce, e l’ammasso della Vergine, molto più vicino, a circa 54 milioni di anni luce dalla Terra.
Queste osservazioni mostrano come i lampi radio veloci possano essere impiegati per sondare la rete cosmica, l’insieme di galassie, gas e materia oscura che forma le grandi strutture dell’universo. «Un lampo radio veloce è quasi come una torcia cosmica: illumina tutto ciò che incontra lungo il percorso», ha dichiarato J. Xavier Prochaska dell’Università della California a Santa Cruz, coautore dello studio.
I futuri radiotelescopi dovrebbero rilevare molti altri lampi radio veloci lontani. Webb potrà aiutare a esaminare le galassie ospiti e a confrontarne gli ambienti e le popolazioni stellari. Ogni nuova osservazione potrebbe contribuire a chiarire i processi fisici che producono questi segnali.
L’immagine documenta così l’individuazione di una galassia minuscola e debole, rimasta invisibile ai potenti telescopi terrestri, e di un indizio su un evento avvenuto miliardi di anni prima della formazione del Sistema solare.
Crediti immagine: NASA, ESA, CSA, STScI, Themiya Nanayakkara (USYD); elaborazione: Joseph DePasquale (STScI).
Fonte: earth.com
