I lampi radio veloci (o fast radio burst, Frb) sono tra i fenomeni più energetici dell’universo, dall’origine ancora incerta. In pochissimi casi, il rapido lampo che li caratterizza coincide con un’emissione persistente, sempre in banda radio, nota come Prs (dall’inglese persistent radio source).
La scorsa estate, un team di ricercatori dell’Inaf ha pubblicato su Nature la scoperta dell’origine nebulare dell’emissione continua di alcuni lampi radio veloci. Ora, lo stesso team dell’Inaf – di cui fanno parte Gabriele Bruni, Luigi Piro, Eliana Palazzi, Luciano Nicastro, Andrea Rossi, Sandra Savaglio ed Elisabetta Maiorano – ha identificato una quarta sorgente di questo tipo, a ulteriore conferma del modello allora proposto, ovvero quello di una bolla di plasma. Tale bolla, che circonda il motore centrale dei lampi radio veloci, sarebbe responsabile dell’emissione persistente in banda radio, in aggiunta a quella discontinua emessa dal motore centrale. A poche settimane dalla pubblicazione dei nuovi risultati su Astronomy & Astrophysics, Media Inaf ha intervistato Gabriele Bruni, primo autore dello studio.
A sinistra: immagine della galassia ospite, distante 2 miliardi di anni luce dalla Terra, realizzata con il telescopio Lbt. La croce in rosso indica la posizione del fast radio burst. A destra: zoom sull’emissione in banda radio della nebula, rivelata con il Vlba alla risoluzione spaziale di circa 12 anni luce. La forma allungata è fittizia ed è dovuta alla configurazione dei radiotelescopi del Vlba durante l’osservazione. Crediti: G. Bruni et al.
Bruni, cosa vi ha portato a cercare una possibile Prs associata a Frb 20240114A?
«Finora vi erano solo tre casi di emissione persistente associata a un fast radio burst, di cui uno scoperto da noi nel precedente lavoro pubblicato su Nature l’estate scorsa. Frb 20240114A è particolarmente attivo e dalla sua scoperta, avvenuta poco più di un anno fa, sono stati diversi i gruppi di ricerca che hanno cercato di studiarlo tramite osservazioni in diverse bande. Una prima indicazione della presenza di un’emissione radio persistente, potenzialmente associata a una nebula, è giunta lo scorso luglio dalla rianalisi dei dati del nuovo radiotelescopio MeerKat da parte di un gruppo di colleghi dell’osservatorio di Shanghai. In seguito, un secondo gruppo di ricerca dell’osservatorio di Pune, India, ne ha confermato la presenza tramite osservazioni con il Gmrt. Entrambi questi strumenti però non dispongono di una risoluzione angolare sufficiente per distinguere la regione di emissione associata al Frb dalla sua galassia ospite, e quindi permaneva il dubbio che l’emissione non fosse in realtà collegata al Frb. A questo punto ci siamo convinti a inviare una richiesta di osservazioni straordinaria al direttore del Vlba, interferometro americano su scala continentale in grado di raggiungere la risoluzione angolare dell’ordine del milliarcosecondo, adatta a localizzare e confermare la presenza della Prs».
Qual è stata la più grande difficoltà nel confermare l’esistenza di questa Prs?
«L’emissione di queste nebule è tipicamente debole, e riuscire a rivelarle vuol dire spingere al massimo le possibilità degli attuali strumenti radio. Le osservazioni Vlba che abbiamo condotto sono state realizzate in due sessioni da 6 ore ciascuna, il che ci ha permesso di raggiungere la sensibilità necessaria a ricostruire un’immagine della regione di interesse, e della nebula stessa. Il Vlba, insieme all’europeo Evn, è uno dei pochi interferometri radio in grado di raggiungere la sensibilità e risoluzione angolare necessarie per studiare queste deboli nebule associate ai Frb. La frequenza di 5 GHz è il giusto compromesso tra la sensibilità – a frequenze più alte infatti l’atmosfera ha un effetto molto più marcato sulle osservazioni – e la risoluzione angolare – a frequenze più basse è meno della metà. In più, le precedenti osservazioni fornivano una stima del flusso atteso a 5 GHz, il che ha convinto il direttore del Vlba a farci tentare l’impresa».
Come fate a essere sicuri che l’emissione radio persistente osservata sia associata proprio a quel particolare Frb?
«Le nostre osservazioni hanno potuto contare sulla localizzazione del Frb fornita dalla collaborazione Precise, un progetto che fa uso della rete europea di radiotelescopi (Evn) per lo studio dei lampi radio, ed è in grado di produrre una localizzazione di qualche decina di pc (in alcuni casi anche minore). Come disse Newton, abbiamo quindi potuto stare “sulle spalle dei giganti” per questo lavoro, il che ci ha permesso di puntare Vlba nella direzione giusta per localizzare la nebula. La sua posizione è risultata essere entro l’incertezza della posizione fornita da Precise, e la mancanza di altre sorgenti nel campo ci ha convinto che si trattasse della Prs associata al Frb».
Quali sono le implicazioni di questo risultato?
«La scoperta di una quarta Prs associata a un Frb ci permette di confermare ulteriormente il modello secondo cui l’emissione persistente è prodotta da una nebula, una bolla di plasma, che circonda il motore centrale del Frb. In futuro, tramite nuove osservazioni, vorremmo riuscire ad aumentare ulteriormente questo numero raffinando così i parametri del modello. Ciò restringe anche l’origine dei fast radio burst stessi a due tipi di sorgenti: le magnetar o le binarie X».
Gabriele Bruni, ricercatore presso lo Iaps di Roma, che si occupa dei fenomeni energetici legati agli oggetti compatti come buchi neri e stelle di neutroni. Radioastronomo di formazione, combina dati raccolti agli estremi opposti dello spettro elettromagnetico, cioè Radio e X/Gamma, per comprendere la formazione di getti e venti relativistici nei nuclei galattici attivi, e lampi radio e gamma nelle ultime fasi di vita delle stelle.
Le due emissioni – Frb e Prs – si trovano a circa 1 kpc dal centro della galassia ospite, una nana con bassa metallicità e alto tasso di formazione stellare. Si tratta di un ambiente particolarmente “fertile” per la formazione di Frb e Prs?
«La presenza di una intensa formazione stellare è in accordo con la possibile magnetar all’origine del Frb, visto che sono stelle collassate con un forte campo magnetico, oggetti celesti giovani particolarmente presenti in questo tipo di ambiente. Molti Frb, in particolare quelli ripetuti, sono stati associati a galassie giovani e attive, con abbondante formazione stellare. Tuttavia non mancano le eccezioni. Vi sono in corso diversi studi che cercano di fare chiarezza su questo punto. Il fatto che la posizione della Prs sia distinta da quella del centro della galassia ospite ci permette di escludere che si tratti di emissione radio proveniente dal buco nero ospitato dalla sua regione centrale, e quindi conferma ulteriormente la bontà della misura».
Possiamo trarre conclusioni più generali sull’origine degli Frb da questo studio?
«L’associazione di quattro Frb con una nebula ci permette di restringere il campo sulla possibile origine dei lampi radio, che da quasi 20 anni costituiscono uno dei maggiori interrogativi dell’astrofisica moderna. Ci si aspetta infatti che questo tipo di nebula sia associato alle magnetar, stelle di neutroni con intenso campo magnetico, oppure alle binarie X, un sistema costituito da una stella e un oggetto compatto (cioè un buco nero oppure una stella di neutroni), in cui la prima cede materiale alla seconda dando origine a fenomeni di alta energia».
Per saperne di più:
- Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “Discovery of a persistent radio source associated with FRB 20240114A” di Bruni, L. Piro, Y.-P. Yang, E. Palazzi, L. Nicastro, A. Rossi, S. Savaglio, E. Maiorano, and B. Zhang