Un segnale radio durato una frazione di secondo può aver viaggiato per miliardi di anni prima di raggiungere la Terra: è quello che succede con i lampi radio veloci, che gli astronomi chiamano FRB, dall'inglese fast radio burst. Che cosa li produca, la scienza non lo sa ancora con certezza.
Il più antico mai rilevato, secondo uno studio pubblicato sulla rivista Science, si chiama FRB 20240304B ed è partito da una galassia lontanissima circa dieci miliardi di anni fa. Tra le firme della ricerca ci sono gli astrofisici Manisha Caleb e Themiya Nanayakkara della University of Sydney.
Indice
Cosa sono i lampi radio veloci
Un FRB è un lampo di onde radio brevissimo ma potentissimo: in un'unica, rapidissima esplosione libera una quantità enorme di energia. Questi segnali investono il nostro pianeta da tutte le direzioni del cielo e le loro caratteristiche suggeriscono che arrivino da fuori della nostra galassia.
Il primo è stato scoperto nel 2007. Da allora ne sono stati rilevati migliaia, eppure ognuno resta una sfida: sono eventi difficili da prevedere e così rapidi che seguirli con più telescopi contemporaneamente è complicato, ma ci si è già riusciti.
Allora, perché sono così difficili da spiegare? Un indizio importante arriva dai lampi che si ripetono. Alcune sorgenti hanno prodotto impulsi ripetuti, in certi casi addirittura periodici.
Un esempio è FRB 20240209A: identificato nel febbraio 2024, ha emesso altri 21 impulsi tra febbraio e luglio dello stesso anno. Per gli astrofisici questo dettaglio conta parecchio, perché un evento che distrugge la propria sorgente non potrebbe ripetersi.
Insomma, almeno per questi casi, serve un oggetto capace di sopravvivere ai propri lampi e di "sparare" più volte. Ed è qui che entrano in gioco le ipotesi sulle stelle più estreme del cosmo, che trovi più avanti.
Come si rileva e si localizza un FRB
Il lavoro si divide in due step. Prima un radiotelescopio cattura il lampo, poi un altro strumento cerca la galassia da cui è partito.
FRB 20240304B è stato rilevato nel marzo 2024 dal radiotelescopio MeerKAT, in Sudafrica. Analizzando il segnale, i ricercatori hanno notato che le sue diverse frequenze erano arrivate in momenti differenti, un po' come i colori di un arcobaleno quando la luce bianca attraversa un prisma.
Questa separazione si chiama dispersione, ed è la traccia del viaggio: il lampo ha attraversato moltissimo plasma nello spazio prima di arrivare sulla Terra. Bada bene: una maggiore dispersione suggerisce in genere una distanza maggiore, ma conta anche quanto plasma il segnale attraversa.
Per risalire all'origine precisa di FRB 20240304B, il team ha puntato il telescopio spaziale James Webb della NASA, individuando la sua galassia di provenienza.
Lo stesso schema era già stato usato per FRB 20220610A, scoperto dal radiotelescopio ASKAP in Australia. La sua galassia d'origine è stata individuata dal Very Large Telescope dell'ESO: la luce di quella galassia ha impiegato otto miliardi di anni per raggiungerci.
Quel lampo, all'epoca un record di distanza, è anche uno dei più energetici mai osservati. Secondo l'équipe internazionale che ha individuato FRB 20220610A, in meno di un millisecondo il lampo ha rilasciato l'equivalente di tutta l'energia emessa dal Sole in 30 anni.
I lampi antichi e la materia dell'universo giovane
Quando FRB 20240304B è partito, il Sistema solare doveva ancora formarsi: è nato circa 4,6 miliardi di anni fa, molto dopo l’emissione del lampo.
"Se la mettiamo in prospettiva umana, quando la luce ha lasciato la sorgente il Sole non esisteva, il Sistema solare non esisteva, gli esseri umani non esistevano", ha detto Manisha Caleb all'Australian Broadcasting Corporation. "Si è formata la civiltà, abbiamo costruito i radiotelescopi e poi ci è capitato di guardare il pezzo di cielo giusto al momento giusto".
Il lampo è stato emesso circa tre miliardi di anni dopo il Big Bang, avvenuto 13,8 miliardi di anni fa.
Il motivo è proprio la dispersione: il modo in cui il segnale è stato modificato dalla materia incontrata lungo il viaggio racconta che cosa c'è tra noi e la sorgente. "La nostra scoperta è particolarmente importante perché abbiamo dimostrato che possiamo farlo su circa l'80% della storia cosmica", ha spiegato Nanayakkara a Scientific American.
Gli FRB possono servire anche a misurare la materia "mancante" tra le galassie, come dimostrato dall'astronomo australiano Jean-Pierre Macquart, offrendo un nuovo modo per "pesare" l'universo. È un tassello prezioso, perché i metodi attuali per stimarne la massa danno risposte contrastanti.
Per gli autori dello studio, MeerKAT può rilevare diversi FRB antichi ogni anno. Ogni nuovo lampo lontano è un altro punto sulla mappa di una materia che altrimenti resterebbe invisibile.
Le ipotesi su magnetar e stelle di neutroni
Tra le ipotesi sull'origine degli FRB ne troviamo due. La prima è la fusione di due stelle di neutroni, i resti estremamente densi di stelle giganti ormai morte.
La seconda chiama in causa le magnetar, stelle di neutroni giovani e rare con campi magnetici potentissimi. Il campo magnetico di una stella di neutroni è in media mille miliardi di volte più intenso di quello terrestre, e nelle magnetar può essere altre mille volte più forte.
Gli scienziati hanno già mostrato che almeno un FRB è stato probabilmente prodotto da una magnetar. Questo però non dimostra che tutti i lampi abbiano la stessa origine.
C'è anche un dato più ampio: secondo i ricercatori della Northwestern University e della McGill University, dei quasi 100 FRB localizzati finora in una galassia, la maggior parte è probabilmente nata da magnetar. Queste stelle si formano con le supernove a collasso del nucleo, cioè con l'esplosione finale di stelle molto massicce.
Anche FRB 20240304B porta indizi in questa direzione. "Pensavamo che fosse una galassia grande e ben formata, con tante stelle, e invece era una piccola galassia nana, anche se stava formando stelle attivamente", ha dichiarato Caleb in un comunicato.
Quella galassia aveva anche pochi metalli. Secondo Nanayakkara e Caleb è un quadro coerente con l'ipotesi delle magnetar, ma resta un indizio e non una prova definitiva.
Le domande ancora aperte sulle galassie ospiti
Il caso che ha rimescolato le carte è proprio FRB 20240209A, il lampo ripetuto. Due studi su The Astrophysical Journal Letters, firmati da scienziati della Northwestern University e della McGill University, lo hanno localizzato in un posto inatteso.
Grazie ai telescopi dei due osservatori, Keck e Gemini, il gruppo guidato da Tarraneh Eftekhari ha individuato una galassia ellittica vecchia di 11,3 miliardi di anni, distante due miliardi di anni luce dal pianeta Terra. È una galassia "morta", dove non nascono più nuove stelle, ed è estremamente luminosa e massiccia.
Il lampo arriva dalla periferia, a 130 mila anni luce dal centro. La maggior parte degli FRB nasce invece all'interno della propria galassia, e questa scoperta mette in dubbio l'idea che arrivino esclusivamente da regioni dove si formano nuove stelle.
I ricercatori ipotizzano che il lampo provenga da un ammasso globulare, un raggruppamento denso di stelle. Al momento però non sanno se nel punto esatto dell'FRB ci sia davvero un ammasso: osservazioni più precise con il James Webb potrebbero confermare o smontare l'ipotesi.
"Proprio quando si pensa di averli decifrati, tendono a sorprenderci", ha commentato Wen-fai Fong della Northwestern University, autore senior di entrambi gli studi. Intanto il team di FRB 20240304B ha ottenuto nuovo tempo di osservazione con il James Webb per identificare le sorgenti di altri lampi antichi.
La strategia è chiara. "Più FRB lontani troviamo, più possiamo restringere il campo sugli oggetti e sui meccanismi di emissione che li producono, sugli ambienti in cui si verificano e sulla distribuzione della materia nell'universo", ha spiegato Nanayakkara a Scientific American.
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