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Ecco dove nasce un lampo radio veloce (FRB)

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Questa immagine mostra il campo di vista del radiotelescopio Parkes sulla sinistra. Sulla destra, invece, vediamo degli zoom sulla zona da dove è arrivato il segnale è venuto. Il riquadro in basso a destra mostra l’immagine realizzata dal Subaru della galassia FRB. Crediti: D. Kaplan (UWM), E. F. Keane (SKAO).

Un team internazionale di scienziati è riuscito per la prima volta a identificare la posizione di un lampo radio veloce (Fast Radio Burst – FRB) utilizzando una combinazione di radiotelescopi e telescopi ottici. La scoperta è rilevante perché gli esperti sono riusciti a confermare l’attuale modello cosmologico della distribuzione della materia nell’Universo. Al centro dello studio c’è un lampo radio veloce rilevato il 18 aprile 2015 dal radiotelescopio australiano Parkes (64 metri) del Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO). Dal momento della prima osservazione, altri strumenti in giro per il mondo sono stati allertati e coinvolti nello studio, compreso l’Australian Telescope Compact Array (ATCA) di CSIRO. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature

Cosa sono i FRB? Si tratta di misteriosi lampi radio molto luminosi che in genere durano solo pochi millisecondi. La loro origine è ancora sconosciuta, ma i ricercatori da anni ipotizzano potenziali fenomeni associati. I FRB sono molto difficile da rilevare: prima di questa scoperta solo altri 16 sono stati rilevati.

Evan Keane, Project Scientist presso la Square Kilometre Array Organisation, ha spiegato: “Negli ultimi anni, i FRB sono stati trovati setacciando per mesi o anni grandi quantità di dati. A quel punto è troppo tardi per fare osservazioni di follow-up”. Il sistema di osservazione è stato sviluppato Swinburne University of Technology in Australia e i ricercatori sono riusciti a individuare il lampo radio veloce in pochi secondi.

Grazie a sei dish di 22 m dell’ATCA e alla loro risoluzione combinata, il team è stato in grado di individuare la posizione del segnale con una precisione molto maggiore rispetto a quanto fatto in passato (per la precisione circa 1000 volte migliore rispetto agli eventi precedenti) e ha rilevato un segnale radio che è durato per circa 6 giorni prima di affievolirsi del tutto. E proprio questo afterglow ha permesso loro di individuare la posizione di questo FRB.

L’immagine mostra l’incremento del ritardo del lampo radio registrato il 18 aprile 2015 in funzione della frequenza. Questo ritardo è legato alla quantità di materia ordinaria che il segnale ha attraversato prima di giungere fino a noi. Crediti: E. F. Keane (SKAO)

Per raccogliere un numero maggiore di dati è stato utilizzato il telescopio Subaru dell’Osservatorio Nazionale del Giappone (NAOJ), sulle isole Hawaii, puntato nella direzione sospetta dove ha identificato una remota galassia ellittica, distante circa 6 miliardi di anni luce da noi. Keane ha aggiunto: “È la prima volta che un lampo radio viene utilizzato per condurre una misura cosmologica”. L’osservazione ottica ha permesso anche di misurare il redshift, cioè la velocità alla quale la galassia si allontana da noi a causa dell’espansione accelerata dell’Universo.

I lampi radio sono registrati prima alle frequenze di osservazione più elevate e solo in seguito a quelle inferiori: tale fenomeno, noto come dispersione, è legato alla quantità di materia ordinaria che il segnale ha attraversato prima di giungere fino a noi. Per il lampo radio del 18 aprile 2015 i ricercatori hanno avuto simultaneamente a disposizione una misura della massa totale attraversata e della distanza percorsa dal lampo. Informazioni che, combinate, hanno permesso di “pesare” la materia ordinaria presente nell’Universo.

Oggi i modelli teorici predicono che l’universo sia composto per il 70% di energia oscura, per il 25% di materia oscura e per il 5% di materia ordinaria, quella di cui facciamo esperienza quotidiana. Tuttavia gli astronomi, pur facendo la lista di tutta la materia ordinaria che osserviamo nelle stelle, nelle galassie e nelle vaste regioni permeate di idrogeno diffuso, erano riusciti finora a identificare solo circa la metà della materia ordinaria attesa: il resto non poteva essere visto direttamente, ed è stato dunque denominato come “materia mancante”.

“La buona notizia è che le nostre osservazioni sono in accordo col modello teorico: abbiamo trovato la materia mancante – ha spiegato Keane -. È la prima volta che un lampo radio viene utilizzato per condurre una misura cosmologica”.

Allo studio hanno partecipato numerosi ricercatori, tra cui Marta Burgay, Delphine Perrodin e Andrea Possenti dell’INAF e fra gli strumenti coinvolti c’è stato anche il Sardinia Radio Telescope (SRT). “Nell’aprile 2015, SRT non era ancora operativo al 100% come è oggi. Grazie al grande lavoro dell’equipe INAF di validazione scientifica del radiotelescopio, SRT ha però potuto prendere parte con prontezza alla campagna internazionale”, ha spiegato Burgay. «Le osservazioni di SRT, combinate con quelle degli altri radiotelescopi a disco singolo, hanno permesso di escludere che questo FRB sia associato a un fenomeno cosmico ripetitivo”. E Possenti ha aggiunto: “La conferma che almeno una frazione di FRB proviene da distanze lontanissime certifica l’apertura di una nuova era nella cosmologia osservativa, in cui gli FRB potranno giocare un ruolo complementare a quello di altri indicatori cosmologici, come le supernovae”.

In futuro, lo Square Kilometre Array (SKA), il grande network di radiotelescopi che verrà costruito in Sud Africa e in Australia, con la sua elevatissima sensibilità, risoluzione e ampio campo visivo, sarà in grado di rilevare centinaia di FRB e di individuare le galassie ospiti. Con un campione molto più ampio di questi eventi, gli astronomi potranno condurre misure assai più precise di quelle attuali dei parametri cosmologici e della distribuzione della materia nell’Universo, e ottenere così una accurata comprensione anche delle proprietà dell’energia oscura.