FRB, il lampo radio più distante attraversa l’80% dell’Universo

Un lampo radio durato appena un millesimo di secondo ha attraversato circa l’80 per cento della storia dell’Universo prima di raggiungere la Terra. È il lampo radio veloce più distante mai osservato: chiamato FRB 20240304B, offre agli astronomi nuovi indizi su questi segnali cosmici, la cui origine resta ancora incerta.

Cosa sono i lampi radio veloci

I lampi radio veloci, o FRB, sono brevi emissioni di onde radio provenienti dallo spazio profondo. La loro durata, spesso di frazioni di secondo, e la comparsa imprevedibile in diverse zone del cielo hanno reso difficile individuarne la provenienza fin dalla scoperta del primo fenomeno, nel 2007, quasi due decenni fa.

«Ciò che rende interessanti i lampi radio veloci è che non sappiamo cosa li generi», spiega Manisha Caleb, radioastronoma e astrofisica dell’Università di Sydney e autrice principale dello studio. «Abbiamo delle teorie sugli oggetti che potrebbero produrli, ma non prove conclusive».

Una possibile origine è una magnetar, una stella di neutroni con un campo magnetico eccezionalmente intenso. Questi oggetti concentrano la massa di un intero Sole in una sfera grande quanto la baia di San Francisco. Un’altra ipotesi prevede invece la collisione di due stelle di neutroni, che può generare un buco nero o una stella di neutroni ancora più massiccia e produrre anche oro.

Le ipotesi sull’origine degli FRB

Gli FRB possono liberare in pochi millesimi di secondo un’energia pari a quella di 500 milioni di Soli. Eppure, rispetto a fenomeni come le supernove o i lampi di raggi gamma, la loro energia complessiva potrebbe essere modesta. «In sostanza, è perché le energie in gioco sono modeste. Sono estreme per l’emissione di onde radio, ma non hanno nulla a che vedere con l’energia di una supernova o di un lampo di raggi gamma», ha dichiarato a ScienceAlert J. Xavier Prochaska, astronomo e astrofisico dell’Università della California a Santa Cruz.

Questa caratteristica ha contribuito alla proliferazione delle spiegazioni teoriche: i modelli proposti sono quasi 100. «Noi osservatori possiamo solo scartare i modelli, non dimostrarli. E quando ce ne sono 100 da scartare, ci vuole parecchio tempo», osserva Prochaska.

La galassia ospite di FRB 20240304B

La ricerca, pubblicata sulla rivista Science, è stata condotta da una vasta collaborazione internazionale di astronomi, che ha studiato il segnale con diversi osservatori. FRB 20240304B proviene dal cosiddetto «mezzogiorno cosmico», un periodo iniziato circa 3 miliardi di anni dopo il Big Bang, quando la formazione di nuove stelle nell’Universo raggiunse il suo massimo.

Il lampo è stato individuato nel marzo 2024 con MeerKAT, un radiotelescopio formato da 64 antenne nel Meerkat National Park, in Sudafrica. Gli astronomi hanno poi puntato due telescopi terrestri molto sensibili verso la zona da cui proveniva, cercando la galassia ospite, ma non hanno rilevato nulla. «Abbiamo osservato fin dove ci era possibile, ma non c’era semplicemente nulla da vedere», racconta Prochaska.

Per proseguire le osservazioni è stato quindi utilizzato il telescopio spaziale James Webb, noto come JWST e particolarmente sensibile alla luce infrarossa. I ricercatori si aspettavano una galassia grande e ricca di stelle, ma hanno trovato una piccola galassia nana, che sta comunque formando attivamente nuove stelle. «Pensavamo che fosse una galassia grande e ben formata, con molte stelle; invece era una piccola galassia nana, anche se stava formando attivamente nuove stelle», dice Caleb. La sua massa è 1.000 volte inferiore a quella prevista.

La galassia è anche molto giovane: il 90 per cento della sua massa stellare si è formato negli ultimi 30 milioni di anni. Questo dato rende plausibile l’ipotesi di una magnetar. In una galassia giovane, infatti, è meno probabile che due stelle di neutroni abbiano avuto il tempo di orbitare l’una intorno all’altra per miliardi di anni, come avviene prima di una collisione. Una magnetar, invece, può formarsi e liberare la propria energia magnetica nel giro di pochi milioni di anni. La possibilità è particolarmente interessante in una galassia povera di metalli, dove si formano stelle massicce.

Le tracce del viaggio attraverso il cosmo

Il segnale ha fornito anche informazioni sul materiale incontrato durante il viaggio. La luce raggiunge la sua velocità massima nel vuoto, ma attraversando il gas freddo e ionizzato che permea il cosmo le onde radio a frequenza più bassa vengono rallentate più di quelle a frequenza più alta. Per questo arrivano in ritardo. Il gas turbolento, probabilmente presente nella galassia d’origine, ha inoltre disperso il segnale, allungandolo per diversi millisecondi.

Gli FRB possono quindi funzionare come torce astronomiche: il loro segnale viene modificato dalle strutture cosmiche attraversate e ne conserva una sorta di impronta. Nel caso di FRB 20240304B, il viaggio attraverso gran parte dell’Universo ha permesso di individuare un gruppo di galassie finora sconosciuto, a circa 3,5 miliardi di anni luce, e di rilevare anche l’impronta ionica dell’ammasso della Vergine, la struttura di questo tipo più vicina alla Terra, a circa 54 milioni di anni luce.

Nuove ricerche sui lampi radio veloci

Finora è stata confermata la galassia ospite di appena un centinaio di FRB, per la maggior parte molto più vicini. «Dato che sappiamo così poco su cosa generi gli FRB, potevamo solo sperare che esistessero anche in epoche così remote», ha dichiarato Prochaska a ScienceAlert. «Ora lo abbiamo dimostrato e questo darà impulso a nuovi studi mirati per trovarne altri e spingersi a distanze ancora maggiori!»