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Misteriose esplosioni radio dallo spazio profondo

Cosa ha causato le misteriose esplosioni radio dallo spazio profondo?

Il 27 aprile, lo Swift Burst Alert Telescope – uno strumento a bordo del satellite Swift Observatory di Neil Gehrels, lanciato nell’orbita terrestre bassa nel 2004 – ha rilevato una sequenza di esplosioni di radiazioni gamma dai resti di un’antica stella nella nostra galassia, a 30.000 anni luce da Terra.

L’energia proveniva da un corpo celeste noto come un ripetitore gamma morbido, che emette un modello ricorrente di radiazione gamma e raggi X. Conosciuto come SGR 1935 + 2154 (il nome che indica le coordinate nel cielo), fu l’ottavo ripetitore gamma morbido scoperto dal 5 marzo 1979, quando un’ondata di radiazione gamma 2000 volte la linea di base fece scattare più sensori nel nostro sistema solare, tra cui due Sonde sovietiche di Venere, una sonda solare congiunta tedesco-americana e i satelliti Vela installati dal Dipartimento della Difesa per rilevare detonazioni nucleari.

Ma le successive osservazioni di SGR 1935 + 2154 rivelarono qualcosa di nuovo: fenomeni precedentemente registrati solo da galassie distanti, fornendo dati che potevano confermare la fonte di segnali radio intensamente “luminosi”, chiamati lampi radio veloci o FRB, che si accendono per soli millesimi di secondo.

Poche ore dopo il rilevamento, il team di Swift ha segnalato una “foresta di esplosioni” a The Astronomer’s Telegram , in cui gli astronomi di tutto il mondo condividono nuovi fenomeni osservati. Il giorno successivo, un radiotelescopio canadese chiamato CHIME – quattro antenne a forma di mezza pipa costruite su più di un acro di campo alpino nella Columbia Britannica – registrò un segnale radio descritto come “un lampo radioso di millesimi di secondo”.

SGR 1935 + 2154 non stava solo emettendo raggi gamma, ma anche onde radio, dall’estremità opposta dello spettro elettromagnetico.

“Durante la rotazione della Terra, il cielo si muove sopra il telescopio, in modo da fonti vanno dentro e fuori del campo di vista di CHIME, li rilevare” l’astronomo Paul Scholz, parte del team CHIME al Dominion Radio Astrophysical Observatory in BC ha detto Newsweek . “I radiotelescopi non sono perfettamente sensibili solo all’area in cui li punti, ma hanno anche una sensibilità di basso livello fino all’orizzonte. Quindi quando questa cosa è sparita era così luminosa che l’abbiamo rilevata a 23 gradi di distanza da il punto in cui CHIME era più sensibile. Ha illuminato il nostro telescopio “.

Misteriose esplosioni radio dallo spazio profondo

Le esplosioni radio veloci sono state descritte per la prima volta dal professore di fisica e astronomia della West Virginia University, Duncan Lorimer, che ha rivelato una rapida esplosione radio svelata nei dati archivistici del sondaggio pulsar in un articolo del 2007 per la rivista scientifica Science . L’FRB che divenne noto come “Lorimer Burst” suscitò più domande che risposte.

Lorimer e i suoi co-autori hanno ipotizzato che questa “classe radio completamente nuova” potrebbe essere prodotta “da eventi esotici a distanze cosmologiche”, proponendo la fusione di stelle di neutroni o l’evaporazione di buchi neri in galassie lontane come potenziali fonti per il breve, ma radio incredibilmente potenti. Ma presto è emersa una nuova teoria, che collega gli FRB a una forma altamente magnetizzata di stella di neutroni, nota come magnetar.

Poiché i FRB hanno una durata misurata in millisecondi, rimangono difficili da rilevare e vengono per lo più raccolti da fonti cosmologiche a metà dell’universo, tipicamente registrati come esplosioni accidentali tra altre fonti radio. Dopo aver scoperto una rapida esplosione radio nel 2014, l’astronoma Laura Spitler, dell’Istituto Max Planck per la radioastronomia a Bonn, in Germania, ha stimato una media di sette raffiche al minuto, da qualche parte nell’universo osservabile. Ma gli strumenti non sono spesso puntati nel posto giusto al momento giusto, quindi ne sono state rilevate solo poche centinaia.

Lanciato nel 2017, il programma STARE2 (Survey for Transient Astronomical Radio Emission) pianificava la ricerca di FRB rilevando una fascia più ampia del cielo, ma attenendosi alla nostra galassia. Ha funzionato come previsto, anche quando ha raccolto il FRB di aprile da SGR 1935 + 2154.

“Ecco, abbiamo trovato un’esplosione mega-jansky”, ha detto a Newsweek Shrinivas Kulkarni, professore di astronomia e scienze planetarie al California Institute of Technology.

Mentre uno studente laureato Kulkarni ha scoperto la prima “pulsar di millisecondi”. Una pulsar è una stella di neutroni rotante. Una stella di neutroni è ciò che rimane dopo una stella massiccia, più di dieci volte più grande della nostra, esplode in una supernova, per poi ricadere in un denso nucleo di neutroni che Kulkarni confronta con le dimensioni dell’isola di Manhattan. Ma si impacchetta in quello spazio più della massa del nostro sole, quindi per liberarti dalla sua gravità in un’astronave dovrai accelerare a metà della velocità della luce. Una pulsar di millisecondi è una di quelle, tranne:

“Questa pulsar si è diffusa circa 642 volte al secondo”, ha dichiarato Kulkarni in un’intervista telefonica. “Più veloce del tuo frullatore da cucina.”

Secondo un profilo NPR 2015, alleva anche conigli e “sogna di fare il barista”.

Piuttosto che un immenso e sensibile array di radiotelescopi alla ricerca di strette campate di galassie distanti, Kulkarni e il dottorando di astrofisica Christopher Bochenek hanno optato per un campo visivo più ampio e un guadagno inferiore, a scapito delle successive interferenze in radiofrequenza emesse da tutto, dal radar dell’aereo a la radio esplode dal sole. Per filtrare le fonti terrestri hanno costruito tre antenne, ciascuna delle dimensioni di un bidone della spazzatura, quindi le hanno installate a centinaia di miglia di distanza l’una all’Osservatorio radio Owens Valley di Caltech, una seconda vicino a Barstow, in California e la terza nella piccola città del Delta , Utah. Ottieni un colpo simultaneo da un oggetto luminoso nel cielo in tutte e tre le posizioni e puoi essere sicuro che non verrà dalla Terra.

Mentre CHIME ha rilevato lo scoppio della radio veloce come se fosse con la coda dell’occhio, STARE2 ha catturato FRB 200428 (Fast Radio Burst YYMMDD) più vicino alla testa, rilevando più di 1,5 milioni di jansky: un’unità di radioastronomia che misura la quantità di energia ricevuta da una superficie (quella che noi considereremmo “luminosità” nel contesto della porzione di luce visiva dello spettro elettromagnetico). Se misurati dalla Terra, la maggior parte delle fonti radio cosmologiche non sono molto luminose, ma per un millisecondo o più veloci esplosioni radio possono mettere in ombra intere galassie.

“Sono tremendamente tremendamente luminosi”, ha detto Kulkarni. “Solo brillantezza inimmaginabile.”

Ulteriori letture del radiotelescopio sferico ad apertura di cinquecento metri (FAST) nella provincia di Guizhou, in Cina, hanno confermato SGR 1935 + 2154 come la fonte dell’esplosione della radio veloce. Complessivamente, l’ondata di osservazioni internazionali di SGR 1935 + 2154 e della radio veloce scoppiò nel 200428 non solo confermò il primo FRB mai rilevato all’interno della Via Lattea, ma tracciò una linea di ritorno a una probabile fonte dei fenomeni: i ripetitori gamma gamma magnetar. Mentre STARE2 sta ancora preparando le sue scoperte per la pubblicazione, il loro post del 29 aprile , in concomitanza con l’osservazione del CHIME su The Astronomer’s Telegram, ha osservato dove i dati condivisi indicavano: “Concludiamo che le magnetar attive sono una fonte di FRB a distanze extragalattiche. Incoraggiamo a seguire- osservazioni “.

I magneti e le esplosioni radio veloci che emettono sono unici nella storia della radioastronomia. Nel 1932, il fisico e ingegnere dei Bell Telephone Laboratories Karl Jansky scoprì i primi segnali radio nello spazio profondo con un’antenna rotante lunga 100 piedi, mentre cercava di trovare la fonte di interferenze statiche con le telefonate transatlantiche. Jansky raccolse un segnale ripetitivo – “un costante sibilo di tipo statico”, descrisse Jansky in uno dei suoi articoli, dal cuore denso della nostra galassia. Ora crediamo che il segnale di Jansky segna la posizione di un buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea, nascosto dalle lunghezze d’onda della vista da nuvole di polvere cosmica.

La radioastronomia ha rivelato un universo pieno di fonti radio, come i resti post-supernova di Cassiopea A, diviso in 10 anni luce o emanato dal campo magnetico di Giove e dalla nebulosa del granchio. C’è anche la pervasiva radio a microonde delle reliquie, lasciata dopo il Big Bang e riempiendo lo spazio tra le stelle. Ma le esplosioni radio veloci di millisecondi sono così diverse da ogni altra fonte radio galattica e cosmologica che solo qualcosa di strano come le magnetar potrebbe spiegarle.

“La riserva di energia per una pulsar è la sua rotazione. Ma per una magnetar, la riserva di energia è il suo campo magnetico”, ha detto Kulkarni. “I magnetet sono gli oggetti più magnetizzati nell’universo.”

A differenza della configurazione dipolo a cui siamo abituati dai magneti giocattolo e dai nostri poli nord e sud, il campo magnetico di una magnetar potrebbe non essere così uniformemente bilanciato, creando le condizioni per un rapido scoppio radio. Mentre i meccanismi esatti per la creazione di FRB saranno al centro della ricerca futura, Kulkarni ha descritto alcuni dei potenti processi in gioco.

“C’è una tremenda tensione all’interno di questa magnetar. Il campo magnetico è così potente che sta letteralmente cercando di rimodellare la stella. Tuttavia, la gravità è più potente. Quindi la gravità mantiene la stella una sfera piacevole e rotonda. Quindi la grande tensione all’interno del la magnetar si libera come un terremoto “, ha descritto Kulkarni. “Così sotto, lentamente, si accumula tensione, mentre il campo magnetico si sta sforzando di spingere, ma la gravità sta dicendo ‘No.’ Alla fine, c’è una rottura, proprio come sulla Terra. Invece di un terremoto, c’è un terremoto magnetico. Crediamo che sia in questi terremoti che vengano emessi esplosioni radio veloci. ”

È una spiegazione elegante, soppiantando l’alieno più popolare nella stanza.

Poiché molto spesso pensiamo alla radio come a un mezzo di comunicazione, i segnali radio nello spazio profondo si intrecciano con la possibilità di civiltà extraterrestri nell’immaginazione pubblica. Quando la “misteriosa statica” di Karl Jansky dal centro della Via Lattea raggiunse la prima pagina nel maggio del 1933, il New York Times si assicurò di confermare “nessuna prova di segnalazione interstellare”.

I lampi radio veloci hanno ricevuto un trattamento simile. Le storie ipotizzano se possono essere emissioni extraterrestri o enfatizzare le loro qualità misteriose. “Devo essere alieni!” “Gli antichi alieni ci hanno inviato messaggi?” “Potrebbero essere alieni”, leggono i titoli dopo che sono state annunciate le nuove scoperte di scoppio della radio veloce.

“Per esplosioni radio veloci, e questo si applicherebbe a qualsiasi fenomeno inspiegabile in radioastronomia, il problema con il mistero degli FRB non è che non possiamo pensare a cosa potrebbe causarlo. È che possiamo pensare a molti diversi fenomeni naturali che potrebbe alimentare un rapido scoppio della radio, semplicemente non siamo stati in grado di determinare quali lo stiano causando “, ha detto Scholz a Newsweek . “Poiché abbiamo tutti quei fenomeni naturali, non c’è davvero alcun motivo per introdurre l’intelligenza extraterrestre. Questa è una teoria molto più difficile da adattare ai dati.”

Ma neanche la connessione tra vita aliena e radioastronomia non è completamente infondata. Poiché la civiltà umana emette onde radio nello spazio, è ragionevole supporre che le civiltà extraterrestri possano fare lo stesso, facendo della radioastronomia l’ossatura di programmi come la ricerca dell’intelligenza extra-terrestre (SETI). Anche il wow! Signal – l’unico avvincente candidato extraterrestre nella storia di SETI – è stato registrato sullo stesso Big Ear Radio Observatory precedentemente utilizzato nel rivoluzionario Ohio Sky Survey, che ha identificato più di 11.000 fonti radio extragalattiche precedentemente non catalogate.

Il 15 agosto 1977, l’astronomo Jerry Ehman trovò un segnale che emanava dalla stessa direzione di un ammasso di stelle nella costellazione del Sagittario – più o meno una stella arancione gigante (più grande ma più fresca della nostra) a 122 anni luce di distanza chiamata Tau Sagittarii . Contrassegnato 6EQUJ5 sulla stampa (misure che indicano un segnale a banda stretta ad alta intensità) e contrassegnato da Ehman con la parola “Wow!” nell’inchiostro rosso, il segnale appariva in una porzione dello spettro elettromagnetico a lungo teorizzato come l’intervallo più probabile per il contatto extraterrestre, a causa della minima interferenza radio e della sua vicinanza simbolica a una frequenza emessa dall’idrogeno, l’elemento più abbondante nell’universo.

“Il ‘Wow!’ il segnale è altamente suggestivo di origine intelligente extraterrestre, ma poco altro si può dire fino a quando non ritorna per ulteriori studi “, ha scritto John Kraus, direttore dell’Osservatorio della radio della Ohio State University, in un riassunto inviato a Carl Sagan nel 1994. Non è stato più ascoltato.

Ma invece di rafforzare il caso delle spiegazioni extraterrestri per i misteri radio nello spazio profondo, l’anomalo Wow! Il segnale invece fornisce un chiaro punto di riferimento per cui la maggior parte dei segnali radio non sono le trasmissioni consapevoli degli extraterrestri. A differenza dei FRB, il Wow! Il segnale corrisponde a ciò che gli astronomi avevano previsto da una civiltà extraterrestre interessata a comunicare (anche se non trasmetteva alcuna informazione rilevabile). Nella maggior parte dei casi, gli extraterrestri fungono da ipotesi segnaposto – possibili ma non plausibili – nell’immaginazione pubblica, fino a quando non arriva una spiegazione migliore.

Un buon esempio di ciò venne nel 1967, quando l’astrofisica Susan Jocelyn Bell Burnell, una studentessa di ricerca all’epoca, scoprì Little Green Men su 96 piedi di carta millimetrata sputata da un array di radiotelescopi multi acri costruito vicino all’Università di Cambridge . Lo schema ripetitivo, quello che lei chiamava “scruff”, rivelava una fonte puntuale che emetteva un impulso radio ogni uno e un terzo di secondo. Dopo aver eliminato le interferenze da fonti umane, Burnell e il radioastronomo Antony Hewish furono lasciati con un segnale orario e nessuna spiegazione non artificiale, da cui la designazione LGM-1, per piccoli uomini verdi. Invece, avevano scoperto pulsar.

“Non credevamo davvero di aver raccolto segnali da un’altra civiltà, ma ovviamente l’idea ci aveva attraversato la mente e non avevamo prove che si trattasse di un’emissione radio del tutto naturale”, ha detto Burnell, in un discorso post-cena tenuto a l’ottavo simposio del Texas sull’astrofisica relativistica nel 1976. “Non abbiamo risolto il problema quel pomeriggio, e quella sera sono tornato a casa molto incrocio. Qui stavo cercando di ottenere un dottorato di ricerca da una nuova tecnica e un po ‘sciocco dei piccoli uomini verdi dovevano scegliere la mia antenna e la mia frequenza per comunicare con noi “.

Forse un giorno sentiremo un segnale radio da una civiltà extraterrestre, ma fino a quel momento i titoli che promuovono le scoperte della radioastronomia come possibile vita aliena stanno mettendo una spiegazione proxy davanti alla vasta gamma di fenomeni naturali ancora in grado di sorprenderci. Con le pulsar, la spiegazione ha permesso a aree di studio completamente nuove. Sembra che questo sia vero anche per le magnetar.

“Lo spazio tra le galassie e lo spazio all’interno delle galassie è occupato rispettivamente dal mezzo intergalattico (con una densità forse di un millesimo di particella per centimetro cubo) e dal mezzo interstellare (forse una particella per centimetro cubo)”, ha detto Kulkarni a Newsweek , descrivendo come i segnali radio vengono rallentati al di sotto della velocità della luce dall’interferenza del plasma risultante.

A differenza degli oggetti interstellari luminosi, il mezzo interstellare e intergalattico relativamente inerte è incredibilmente difficile da studiare. I magneti potrebbero aiutare a cambiarlo, aprendo la nostra comprensione dello spazio tra stelle e galassie. Le frequenze più alte in un segnale radio a raffica rapida subiscono meno interferenze, creando ciò che viene chiamato “cinguettio” nel divario tra frequenze sempre più ostruite. Il cinguettio creato da FRB (e pulsar) può essere usato per misurare la densità degli elettroni lungo il percorso del raggio verso la Terra, quasi come un campionatore di core galattico.

“I FRB possono ora diventare il nuovo misuratore digitale di plasma intergalattico”, ha affermato Kulkarni. “Sono un modo per studiare il mezzo intergalattico. Ora gli astronomi possono usare esplosioni radio veloci per comprendere un campo di frontiera in astronomia.”

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