Illustrazione artistica che mostra una magnetar che espelle materia nello spazio tramite venti magnetosferici relativistici. In verde sono rappresentate le linee del campo magnetico della stella di neutroni, in grado di influenzare flusso di materia emessa dall’oggetto. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech
I lampi radio veloci – in inglese fast radio burst (Frb) – sono intense esplosioni di onde radio capaci di sprigionare in pochi millisecondi tanta energia quanta ne produce il Sole in un anno. Nel 2020, simili esplosioni sono state rivelate provenire dalla sorgente galattica Sgr 1935+2154, suggerendo che alcuni di essi siano prodotti dalle magnetar, come lo è Sgr 1935+2154: stelle di neutroni superdense, in rapida rotazione e con un campo magnetico estremamente forte.
Nel 2022, un team internazionale di scienziati ha nuovamente messo gli occhi su Sgr 1935+2154, rilevando caratteristiche della sorgente mai osservate prima d’ora: cambiamenti della velocità di rotazione dell’oggetto celeste accoppiati temporalmente all’emissione di Frb. La scoperta, riportata questo mese sulle pagine di Nature, permette di comprendere meglio ciò che causa queste misteriose esplosioni radio veloci.
Sgr 1935+2154 è una magnetar che si trova a circa 30mila anni luce di distanza nella costellazione della Volpetta. Si stima che la stella di neutroni abbia un diametro di circa 20 chilometri e ruoti circa 3 volte al secondo, il che equivale a una velocità rotazionale di quasi 11mila chilometri orari. Il 14 ottobre 2022 la sorgente ha emesso un potente quanto effimero Frb, catturato dal radiotelescopio canadese Chime e dallo statunitense Green Bank Telescope (Gbt) e denominato Frb 20221014. L’emissione del lampo radio è avvenuta in un periodo in cui la sorgente era particolarmente attiva, durante il quale ha emesso centinaia di brevi esplosioni di raggi X.
Allertati di questo periodo di intensa attività, Chin-Ping Hu, ricercatore alla National Changhua University of Education (Taiwan), e il suo team hanno puntato due telescopi targati Nasa in direzione della sorgente. Uno è Nicer, un rivelatore per raggi X installato dal 2017 all’esterno della Stazione spaziale internazionale. L’altro è NuStar, un satellite per raggi X. Osservando con questi due strumenti Sgr 1935+2154 ininterrottamente dal 12 ottobre al 6 novembre 2022, dunque in una finestra temporale comprendente il giorno in cui è stato registrato Frb 20221014, gli scienziati sono riusciti a svelare cosa è successo sulla superficie e nelle immediate vicinanze dell’oggetto celeste prima e dopo l’emissione del lampo radio veloce in questione.
I risultati delle osservazioni hanno mostrato chiaramente che il lampo radio è stato emesso tra due accelerazioni rotazionali della stella di neutroni. Glitch: è così che gli astronomi chiamano questi incrementi repentini della velocità di rotazione. Ma la cosa che più ha sorpreso gli scienziati è stato scoprire che tra un glitch e l’altro, cioè tra un’accelerazione e l’altra, la magnetar ha rallentato rapidissimamente la sua velocità: in sole nove ore – il tempo intercorso tra i due glitch – la sorgente è passata infatti alla velocità rotazionale di “riposo”, cioè quella precedente al primo glitch, decelerando cento volte più rapidamente di quanto sia mai stato osservato in queste sorgenti.
«In genere quando si verificano le accelerazioni, la magnetar impiega settimane o mesi per tornare alla sua velocità normale», sottolinea Chin-Ping Hu, autore principale del nuovo studio. «La decelerazione che abbiamo osservato noi avviene in tempi molto più brevi di quanto si pensasse in precedenza, e questo potrebbe essere legato alla velocità con cui vengono generati i lampi radio».
Ma come spiegare queste rapide decelerazioni, chiamate dagli addetti ai lavori anti-glitch? E in che modo sono correlate all’emissione dei lampi radio? Un’idea i ricercatori se la sono fatta. L’ipotesi è che alla base di questi repentini rallentamenti possa esserci la differente velocità di rotazione tra la superficie rigida della magnetar e il nucleo superfluido. Nelle magnetar può accadere che il nucleo della stella ruoti più velocemente della sua superficie rigida, spiegano i ricercatori. Quando ciò avviene, parte del momento angolare del nucleo può essere trasferito alla crosta, provocando incrementi della velocità di rotazione come quelli osservati in questo studio. Se la prima accelerazione avesse causato una frattura nella superficie della magnetar, in particolare in prossimità dei poli magnetici, tale crepa, in maniera del tutto simile a un’eruzione vulcanica, potrebbe aver causato l’espulsione nello spazio di grandi quantità di materia stellare sotto forma di un vento magnetosferico relativistico. Secondo gli autori, la perdita di massa associata a questo vento relativistico potrebbe essere responsabile degli anti-glitch. Non solo: poiché il vento di particelle può alterare il campo magnetico della magnetosfera di una stella di neutroni, gli autori ipotizzano che questo stesso vento possa aver generato le condizioni per produrre il lampo radio veloce. La rapida decelerazione dopo il primo glitch potrebbe poi aver risincronizzato lo spin tra il nucleo superfluido e il resto della stella, portando al secondo glitch.
Avendo osservato solo uno di questi eventi in tempo reale, concludono i ricercatori, non possiamo ancora dire con certezza cosa provochi queste decelerazioni e in che modo siano connesse all’emissione dei Frb. Le future osservazioni in banda X di Sgr 1935+2154 e di altre magnetar, in combinazione con il monitoraggio in banda radio, contribuiranno a identificare le condizioni necessarie per produrre questi misteriosi lampi radio veloci.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature l’articolo “Rapid spin changes around a magnetar fast radio burst”, di Chin-Ping Hu, Takuto Narita, Teruaki Enoto, George Younes, Zorawar Wadiasingh, Matthew G. Baring, Wynn C. G. Ho, Sebastien Guillot, Paul S. Ray, Tolga Guver, Kaustubh Rajwade, Zaven Arzoumanian, Chryssa Kouveliotou, Alice K. Harding e Keith C. Gendreau