Finestre di attività (in verde) e quiete (in rosso) della magnetar. I burst sono evidenziati da stelline in nero. Crediti: Mikhail Denissenya, Nazarbayev University, Kazakhstan
Era il 28 aprile 2020 quando è stato rilevato un fast radio burst, un lampo radio veloce, proveniente da Sgr 1935+2154, una stella di neutroni fortemente magnetizzata che si trova nella Via Lattea, a circa 30mila anni luce di distanza, nella costellazione della Volpetta. Per la prima volta un lampo radio veniva associato a raggi X e gamma, che insieme davano origine a una sorta di tempesta spaziale che i radiotelescopi terrestri sono stati in grado di captare. Oggi sappiamo collocare quelle emissioni elettromagnetiche in intervalli di tempo ben precisi. La ricerca, pubblicata su Physical Review D, ci mostra uno schema ricorrente entro il quale avvengono le esplosioni.
Sgr 1935+2154 è una magnetar, ovvero un residuo stellare superdenso con un campo magnetico enorme, miliardi di volte quello terrestre, e noto per emettere burst di raggi X e gamma. Sull’origine di questi lampi stellari ci sono solo ipotesi, ma si pensa che alla base possa esserci un’instabilità magnetica. I lampi radio veloci e i lampi gamma di spettro soft, che sono quelli che caratterizzano le magnetar, hanno mostrato un’attività periodica. «Un altro mistero che si aggiunge a quello del meccanismo di produzione dei lampi», dice l’astrofisico Bruce Grossan dell’Università della California.
I ricercatori hanno individuato nella magnetar Sgr 1935+2154 una fonte prolifica di lampi gamma a bassa energia – l’unica finora conosciuta di lampi radio veloci della Via Lattea. Le esplosioni sono sì casuali, ma si verificano solo entro regolari intervalli di tempo della durata di circa quattro mesi. Ciascuna finestra di attività è separata da tre mesi di inattività.
Il 19 marzo 2021 gli autori dello studio avevano condiviso in rete per la prima di volta un articolo sulla periodicità dei lampi gamma provenienti dalla magnetar, prevedendo che sarebbero ricominciati dopo il primo giugno e sarebbero continuati nei quattro mesi successivi, in una finestra che termina il sette ottobre. Previsione azzeccata: il 24 giugno, dopo una pausa di tre mesi e a tre settimane dalla data prevista per l’inizio dell’attività, è stata osservata la prima nuova esplosione, e da allora se ne sono succedute una dozzina.
«La nuova sequenza di esplosioni all’interno di questa finestra significa che la nostra previsione era giusta», osserva Grossan, «e probabilmente ancora più importante è che non siano stati rilevati lampi nell’intervallo tra le due finestre di attività».
Eric Linder, altro autore dello studio e cosmologo all’Università della California, paragona la mancata osservazione di esplosioni nella finestra di inattività a un indizio chiave d’un racconto giallo di Arthur Conan Doyle: il curioso incidente del cane che quella notte non abbaiò, permettendo a Sherlock Holmes di risolvere il caso del Barbaglio d’Argento.
Quella dei cicli di attività intervallati da periodi di pausa è una scoperta sorprendente perché il fenomeno potrebbe riguardare anche altri oggetti astronomici e potrebbe aiutare gli scienziati a capire i meccanismi coinvolti nelle emissioni. «I dati mancanti o occasionali sono un incubo per qualsiasi scienziato, ma nel nostro caso», spiega Mikhail Denissenya, il primo autore dell’articolo, «era fondamentale rendersi conto che la scomparsa delle esplosioni o la loro assenza ci porta informazioni».
Nell’ultimo anno i ricercatori avevano suggerito che il cosiddetto periodic windowed pattern, ovvero il comportamento periodico “a finestre”, potesse riguardare l’emissione dei lampi radio veloci – che in genere durano pochi millesimi di secondo – osservati in galassie lontane, ma la strumentazione non era abbastanza sofisticata da garantire dati sufficienti. Grossan ha dunque convinto Linder a prendere come sistema di riferimento la sorgente Sgr 1935+2154, un soft gamma repeater (Sgr), cioè un oggetto astronomico che emette esplosioni di raggi gamma e raggi X. Lo strumento Konus a bordo della navicella spaziale Wind (lanciata nel 1994) aveva infatti registrato nel 2014 dei lampi gamma a bassa energia provenienti da quella magnetar.
Linder e Denissenya hanno adattato tecniche statistiche avanzate, già usate per lo studio di ammassi galattici nell’universo, per analizzare l’evoluzione delle esplosioni nel tempo.
«Dal 2014 a oggi abbiamo osservato dieci finestre, e la probabilità che la periodicità sia in realtà casuale è 3 su 10mila, il che significa che abbiamo una probabilità del 99,97 per cento di avere ragione», dice Linder. Basterebbe una sola esplosione al di fuori della finestra di attività per smentire l’intera teoria, ma finora il monitoraggio dei lampi ha sempre avvalorato le previsioni degli scienziati.
Le cause del fenomeno del periodic windowed pattern restano un mistero, ma si pensa che i lampi gamma a bassa energia delle magnetar coinvolgano gli starquake, ossia terremoti stellari, forse innescate da interazioni fra l’intenso campo magnetico e la crosta della stella di neutroni. Inoltre quando la rotazione delle magnetar, che avviene una volta ogni pochi secondi, è accompagnata da una precessione, quindi da un’oscillazione del moto rotatorio, potrebbe succedere che la raffica dell’esplosione punti in direzione della Terra solo in determinate finestre temporali. Un’altra possibilità – sostiene Grossan – è che ci sia una nube molecolare oscura e rotante che circonda la magnetar e che solo periodicamente consente ai lampi di raggiungere la Terra.
Ancora dunque restano da chiarire i meccanismi che portano alla “riaccensione” periodica della sorgente, ma lo studio in questione è un chiaro esempio delle potenzialità che offre il connubio tra astrofisica delle alte energie e cosmologia teorica.
Per saperne di più:
- Leggi su Physical Review D l’articolo “Distinguishing time clustering of astrophysical bursts”, di Mikhail Denissenya, Bruce Grossan Eric V. Linder