Lampo radio veloce: è il più distante mai osservato, da 11 miliardi di anni fa

Un lampo radio veloce proveniente da un’epoca in cui l’Universo aveva circa 3 miliardi di anni è il più distante mai osservato: il segnale, durato appena un millesimo di secondo, ha viaggiato per miliardi di anni prima di raggiungere la Terra. La scoperta, pubblicata sulla rivista Science, offre nuovi indizi sull’origine di questi fenomeni e mostra come possano essere usati per studiare la materia che attraversano nello spazio.

Il lampo, chiamato FRB 20240304B, appartiene alla categoria dei lampi radio veloci, o FRB: brevi emissioni di onde radio provenienti dal cosmo, che in genere durano frazioni di secondo. La loro comparsa improvvisa e la breve durata hanno reso difficile individuarne la sorgente fin dalla scoperta del primo FRB, nel 2007. «Ciò che rende interessanti i lampi radio veloci è che non sappiamo cosa li generi», spiega Manisha Caleb, radioastronoma e astrofisica dell’Università di Sydney e autrice principale dello studio. «Abbiamo delle teorie sugli oggetti che potrebbero produrli, ma non prove conclusive».

Una possibile sorgente è una magnetar, una stella di neutroni con un campo magnetico eccezionalmente intenso. Le stelle di neutroni sono resti compatti di stelle massicce: possono concentrare una massa pari a quella del Sole in una sfera di pochi chilometri. Le magnetar, in particolare, hanno i campi magnetici più potenti conosciuti nell’Universo.

Nonostante l’enorme intensità delle emissioni radio, gli FRB potrebbero essere relativamente deboli rispetto ad altre esplosioni cosmiche. «In sostanza, è perché le energie in gioco sono modeste. Sono estreme per l’emissione di onde radio, ma non hanno nulla a che vedere con l’energia di una supernova o di un lampo di raggi gamma», ha dichiarato a ScienceAlert J. Xavier Prochaska, astronomo e astrofisico dell’Università della California a Santa Cruz. Un singolo FRB può comunque liberare in pochi millesimi di secondo un’energia paragonabile a quella di 500 milioni di Soli.

La difficoltà di spiegare questi segnali ha portato i teorici a proporre quasi 100 modelli. «Noi osservatori possiamo solo scartare i modelli, non dimostrarli. Quindi, quando ce ne sono 100 da scartare, ci vuole un bel po’ di tempo», ha detto Prochaska.

Una collaborazione internazionale di astronomi ha individuato FRB 20240304B nel marzo 2024 con MeerKAT, un radiotelescopio formato da 64 antenne nel Meerkat National Park, in Sudafrica. Il segnale proviene dal cosiddetto «mezzogiorno cosmico», un periodo iniziato circa 3 miliardi di anni dopo il Big Bang, quando la formazione di nuove stelle nell’Universo era al suo apice.

Per identificare la galassia da cui era partito il lampo, i ricercatori hanno prima osservato la regione con due telescopi terrestri molto sensibili, senza riuscire a vedere la galassia ospite. «Abbiamo osservato fin dove ci era possibile, ma non c’era semplicemente nulla da vedere», afferma Prochaska. Il gruppo ha quindi utilizzato il telescopio spaziale James Webb (JWST), particolarmente sensibile alla luce infrarossa.

La galassia individuata si è rivelata molto più piccola del previsto: è una galassia nana, cioè una galassia con una massa relativamente ridotta, ma ancora attiva nella formazione stellare. «Pensavamo che fosse una galassia grande e ben formata, con molte stelle; invece era una piccola galassia nana, anche se stava formando attivamente nuove stelle», racconta Caleb. La sua massa è circa 1.000 volte inferiore a quella che gli astronomi si aspettavano. Inoltre, il 90 per cento della sua massa stellare si è formato negli ultimi 30 milioni di anni.

Queste caratteristiche rendono plausibile l’ipotesi che il lampo sia stato prodotto da una magnetar. Un altro scenario proposto per spiegare gli FRB è la collisione di due stelle di neutroni, che può generare un buco nero o una stella di neutroni particolarmente massiccia e produrre anche elementi pesanti, come l’oro. Ma le due stelle possono impiegare miliardi di anni a fondersi, un tempo poco compatibile con una galassia così giovane. Una magnetar, invece, può formarsi e liberare la propria energia magnetica nel giro di pochi milioni di anni. Questo processo potrebbe essere favorito in una galassia povera di metalli, dove si formano stelle massicce. L’ipotesi resta comunque da verificare: lo studio non dimostra quale sia stata la sorgente del lampo.

Il segnale ha fornito anche informazioni sul materiale incontrato durante il viaggio. La luce viaggia alla sua velocità massima nel vuoto, ma quando attraversa gas ionizzato — gas i cui atomi hanno perso o acquistato elettroni — le onde radio a frequenza più bassa rallentano più di quelle a frequenza più alta. Per questo arrivano con un ritardo maggiore. Il gas turbolento, probabilmente presente nella galassia d’origine, ha inoltre disperso il segnale, allungandolo su diversi millisecondi.

Gli FRB possono quindi funzionare come torce astronomiche: le modifiche subite dal segnale rivelano la materia che ha attraversato. Nel suo percorso attraverso gran parte dell’Universo, FRB 20240304B è stato influenzato da due strutture cosmiche. Ha contribuito a individuare un gruppo di galassie finora sconosciuto, a circa 3,5 miliardi di anni luce dalla Terra, e ha raccolto l’impronta ionica dell’ammasso della Vergine, la struttura di questo tipo più vicina a noi, distante circa 54 milioni di anni luce.

Finora è stata confermata la galassia ospite di circa un centinaio di FRB, per lo più molto più vicini. «Dato che sappiamo ancora poco su cosa generi gli FRB, potevamo solo sperare che esistessero anche in epoche così remote», ha dichiarato Prochaska a ScienceAlert. «Ora lo abbiamo dimostrato e questo darà impulso a nuovi studi mirati per trovarne altri e spingersi ancora più lontano!»

Fonte: sciencealert.com