Un radio Burst conferma il modello standard

La recente osservazione di un "lampo" radio generato da una galassia a 6 miliardi gli anni luce conferma Modello Standard cosmologico.

Negli ultimi anni, segnali radio impulsivi della durata di alcuni millisecondi sono stati scoperti casualmente nel corso di osservazioni fatte da vari radiotelescopi; sono stati battezzati "Fast Radio Burst" ( FRB) e sembrano associati a sorgenti extragalattiche lontane. Le misure effettuate a diverse frequenze hanno permesso di valutare la "dispersione" del segnale, ovvero il ritardo nella sua propagazione dovuto alla diffusione attraverso il rarefatto gas intergalattico; tuttavia, in assenza di presize stime della distanza della sorgente, finora era stato impossibile sfruttare a pieno questa informazione per ricavare le caratteristiche fisiche di quel gas.

Questa situazione di stallo era dovuta al fatto che i FRB osservati (16 fino ad oggi) sono eventi estremamente rapidi e imprevedibili, spesso scoperti a distanza di mesi o anni dalla loro osservazione, passando in rassegna i dati di archivio. Questo ha impedito di poterli osservare sul momento ad altre lunghezze d'onda con maggior risoluzione, magari misurandone il "red shift" e quindi la distanza.

Il 18 aprile 2015, però, un FRB è stato rilevato dallo "storico" radiotelescopio di 64 m a Parkes in Australia, nell'ambito del progetto "SUPERB" dedicato appunto alla di ricerca di FRB e di pulsar. Un allarme è subito scattato attraverso una rete internazionale predisposta a questo scopo e, nel giro di poche ore, una serie di telescopi di tutto il mondo stavano cercando il segnale; tra questi, l' "Australia Telescope Compact Array ( ATCA) del CSIRO e il grande radiotelescopio da 100m di Effelsberg in Germania.

Grazie alle sei parabole di 22 m del ATCA e alla loro risoluzione combinata, il team è stato in grado di individuare la posizione del segnale con una precisione molto maggiore di quanto non fosse possibile in passato, grazie a un segnale di "afterglow" radio che è durato per circa 6 giorni prima di scomparire. A questo punto, il team ha utilizzato telescopio ottico da 8.2-m Subaru alle Hawaii per guardare nella direzione da cui il segnale è venuto e ha identificato una galassia ellittica con red-shift pari a 0.49, quindi a circa 6 miliardi di anni luce di distanza (si veda l'immagine in apertura).

"E' la prima volta che siamo stati in grado di identificare la galassia ospite di un FRB", afferma Evan Keane, scienziato progettista allo Square Kilometre Array e tra gli autori della scoperta. Per comprendere la fisica di tali eventi è importante conoscere le proprietà di base come la posizione esatta, la distanza della sorgente e se sarà ripetuta. "La nostra analisi ci porta a concludere che questo nuovo burst radio non è ripetitiva, ma deriva da un evento catastrofico in quella galassia lontana" afferma Michael Kramer dell'Istituto Max Planck di Radioastronomia a Bonn, che ha analizzato la struttura di profilo radio dell'evento.

Nell'articolo uscito su Nature, si riferisce che il segnale transitorio durato 6 giorni è consistente con un "radio afterglow" prodotto da un Gamma-Ray-Burst" (GRB) di tipo breve e suggerisce che esistano almento due diverse classi di FRB; la rapidità dell'evento, inoltre, fa escludere che si tratti di segnali generati da una pulsar o da una supernova.

Profili temporali del segnale FRB a diverse frequenze, con il progressivo spostamento del picco che testimonia la dispersione dovta al mezzo atttraversato. - Copyright: E. F. Keane (SKAO)

Come si vede nel diagramma qui sopra, anche quest'ultimo FRB mostra una dispersione dipendente dalla frequenza, un ritardo nel segnale radio causato dal materiale attraverso il quale il segnale è passato per giungere fino a noi. "Fino ad ora, la misura di dispersione era tutto quello che avevamo. Avendo anche una distanza, ora possiamo misurare la densità del materiale si trova tra il punto di origine e della Terra, e confrontare che con l'attuale modello di distribuzione della materia nell'Universo" spiega Simon Johnston, co-autore dello studio, del CSIRO Astronomy and Space Science divisione. "In sostanza, questo ci permette di pesare l'Universo, o almeno la materia normale [barionica] che contiene."

Nel modello "standard" attuale, l'Universo è fatto per il 70% circa di energia oscura, il 25% di materia oscura e il 5% di materia 'ordinaria'; tuttavia, attraverso osservazioni di stelle, galassie e nubi di idrogeno, gli astronomi sono stati solo in grado di spiegare circa la metà della materia ordinaria; il resto non poteva essere visto direttamente, e così è stato denominato 'mancante'. "La buona notizia è che le nostre nuove osservazioni concordano con il modello, perciò abbiamo trovato la materia mancante!" spiega Evan Keane. E' la prima volta che un FRB viene utilizzarto per testare un modello cosmologico". In effetti, le osservazioni mostrano che la densità della materia barionica è proprio il 4.9 ± 1.3 % del totale.

"Questo mostra il potenziale che hanno i FRB come nuovi strumenti per la cosmologia", ha concluso Michael Kramer "Si pensi solo a quello che potremo scoprire quando osserveremo centinaia di eventi simili". Guardando al futuro, il grande progetto internazionale "Square Kilometre Array" (SKA), con centinaia di antenne sparse su due continenti e dotato di sensibilità e risoluzione estrema e grande campo, sarà in grado di rivelare e localizzare moltissimi FRB, permettendo di rifinire i mdelli cosmologici, sondare la distribuzione della materia e comprendere meglio la natura dell'energia oscura.

Riferimenti: http://www.nature.com/nature/journal/v530/n7591/full/nature17140.html http://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressreleases/2016/4