La scoperta sugli strani segnali radio da una galassia lontana lontana

Un gruppo di astronomi ha infine identificato la fonte di un fast radio burst (FRB, “lampo radio veloce”), rendendo molto più concreta la possibilità di risolvere un mistero sul quale si sono scervellati per anni i ricercatori e che aveva fatto ipotizzare – ai più arditi o speranzosi – che fosse stato originato dagli alieni. Il segnale radio proviene da una galassia distante da noi tre miliardi di anni luce e potrebbe essere la chiave per comprendere cause e funzionamento di queste improvvise emissioni di onde radio nel cosmo, che durano pochissimi secondi e che vengono captate dai giganteschi radiotelescopi terrestri. Dalla comprensione dei FRB dipende la nostra possibilità di capire meglio come funziona l’Universo, come si formò miliardi di anni fa e come si è successivamente evoluto. Gli esiti della scoperta, pubblicati da poco su Nature e Astrophysical Journal Letters, sono inoltre molto affascinanti: è un po’ come viaggiare nel tempo, considerato che si occupano di eventi durati pochissimi istanti, misurati e giunti fino a noi dopo un viaggio nel Cosmo di 3 miliardi di anni.

Radiotelescopi
Per comprendere l’importanza della scoperta è necessario fare qualche passo indietro. Fino a una decina di anni fa, gli astronomi non sapevano nemmeno che esistessero i fast radio burst. Il primo fu scoperto quasi per caso nel 2007, durante una revisione di alcuni dati forniti dal Parkes Observatory nel New South Wales in Australia. L’osservatorio ha come suo strumento principale un radiotelescopio con una parabola di 64 metri di diametro, con una gloriosa storia di oltre 50 anni alle spalle (ebbe per esempio un ruolo centrale per captare le trasmissioni tv in diretta dalla Luna quando ci fu l’allunaggio nel 1969). A differenza dei classici telescopi che osservano la luce visibile, un radiotelescopio rileva le onde radio emesse dai corpi celesti nell’Universo, consentendo quindi di spingersi molto più lontano nelle osservazioni rispetto a un normale telescopio con specchi e lenti. I radiotelescopi più potenti sono costituiti da una serie di antenne paraboliche, che lavorando insieme permettono di captare segnali a seconda del punto dell’Universo verso cui sono puntate.

Un segnale anomalo
Osservando le informazioni raccolte al Parkes Observatory, fu notato un segnale anomalo captato il 24 agosto 2001: la traccia radio di una improvvisa e brevissima emissione ad alta energia, durata appena 5 millisecondi (0,005 secondi). Non era chiaro che cosa avesse causato questo lampo radio veloce e si ipotizzò che la causa fosse terrestre: un’interferenza di qualche tipo che per un istante aveva falsato la rilevazione di un dato da parte dell’antenna. Furono condotte numerose analisi che consentirono di escludere un’interferenza: il segnale era arrivato davvero dallo Spazio, ma la sua origine restava un mistero. Anche se molti ricercatori all’epoca non ne erano consapevoli, con quelle prime ricerche stava nascendo una nuova scienza dedicata allo studio dei fast radio burst.

Negli anni seguenti alla scoperta del primo segnale, i ricercatori compresero che i FRB sono molto frequenti e che se ne verificano alcune migliaia ogni giorno in tutto il Cosmo. La mancanza di una spiegazione convincente sulla loro causa ha portato a numerose ipotesi. Secondo alcuni, i fast radio burst si producono quando le stelle di neutroni (stelle iperdense, ciò che resta di un’esplosione stellare verso la fine del ciclo vitale di una stella) si scontrano tra loro o con altri corpi celesti. Altri ricercatori hanno ipotizzato che a generare i FRB siano alcune sfortunate stelle, pochi istanti prima di essere completamente risucchiate in un buco nero, mentre c’è chi teorizza che i repentini segnali radio siano prodotti dalle magnetar, stelle di neutroni con un campo magnetico gigantesco (miliardi di volte superiore a quello della Terra), che producono grandi emissioni elettromagnetiche. Nei primi periodi di studio fu anche ipotizzato che i FRB potessero essere segnali alieni, sulla base dell’andamento ciclico del loro segnale, ma la scoperta di altri lampi radio veloci ha reso molto meno consistente questa ipotesi.

L’attimo fuggente
La moltiplicazione delle teorie è dovuta al fatto che i FRB sono molto sfuggenti ed è estremamente difficile localizzare il loro punto di origine in aree remote dell’Universo. Un radiotelescopio deve essere puntato verso la direzione giusta e al momento giusto per captare un segnale che dura pochissime frazioni di secondo e che, nella maggior parte dei casi, non si ripeterà mai più. Anche se molti radiotelescopi sono costituiti da svariate parabole dal diametro di decine di metri, la porzione di cielo che può essere coperta da un’osservazione è infinitesimale, se comparata con la vastità della volta celeste. Le informazioni devono poi essere analizzate da computer molto potenti, che confrontano le rilevazioni per ripulire i dati, che a loro volta saranno poi studiati dai ricercatori.

Nonostante i presupposti scoraggianti, in questi anni i ricercatori non si sono dati per vinti e hanno proseguito la loro ricerca dell’ago nel pagliaio del Cosmo. La costanza è stata ripagata un paio di anni fa, quando è stata rilevata l’emissione di un fast radio burst che a differenza degli altri si ripete. Questa caratteristica implica che ciò che lo emette non sia un evento singolo, come lo scontro tra due stelle di neutroni, ma un corpo celeste non identificato (chiamato FRB 121102) e che si possa restare in ascolto puntando i radiotelescopi verso la porzione di cielo da dove proviene per captare altri segnali.

FRB 121102
Per sei mesi, un gruppo di ricerca guidato da Shami Chatterjee, della Cornell University, ha utilizzato le 27 parabole dei radiotelescopi del Very Large Array (VLA) nel New Mexico (Stati Uniti) per condurre osservazioni nell’area di cielo in cui erano stati captati i primi segnali emessi da FRB 121102, rilevando 9 lampi radio veloci che hanno permesso di identificare con precisione il loro punto di origine. Le coordinate ottenute sono state poi inserite negli strumenti dell’Osservatorio Gemini, che ha un telescopio ottico nell’emisfero nord (Hawaii) e uno in quello sud (Cile), che hanno permesso di osservare una galassia nana (pochi miliardi di stelle a fronte dei 200/400 miliardi della nostra, la Via Lattea) che si trova a 3 miliardi di anni luce da noi.

Chatterjee e colleghi hanno poi eseguito una nuova serie di osservazioni per rifinire meglio i dati, questa volta utilizzando la rete europea di radiotelescopi VLBI, ricevendo un’ulteriore sorpresa: per motivi non ancora chiari, durante la nuova osservazione FRB 121102 ha iniziato a emettere segnali radio con una frequenza molto maggiore, con un’emissione all’ora circa. I ricercatori hanno utilizzato questi dati per analizzare meglio le caratteristiche della fonte e hanno concluso che si trova a poca distanza dal centro della galassia nana, dove i dati suggeriscono ci sia un buco nero supermassiccio, una presenza che si ipotizza piuttosto comune nelle aree galattiche centrali (compresa quella della Via Lattea).

Perché è una scoperta importante
La scoperta è tra le più importanti da quando è iniziato lo studio dei lampi radio veloci una decina di anni fa, e potrebbe consentire di fare ipotesi più accurate non solo su quali siano le loro cause, ma sull’evoluzione stessa dell’Universo. Tra le più convincenti formulate dai ricercatori, c’è quella secondo cui FRB 121102 sia lo stesso buco nero supermassiccio: produce getti di gas ionizzato (plasma) ad altissima velocità, che emettono grandi quantità di energia in pochi istanti. La causa potrebbe anche essere una magnetar o una stella di neutroni in orbita intorno al buco nero, che porta a interazioni energetiche non ancora conosciute. Al momento non possiamo saperlo, ma le analisi di Chatterjee e colleghi hanno permesso di ridurre notevolmente il campo delle ipotesi.

Le osservazioni dell’attività di FRB 121102 potranno essere utilizzate come punto di riferimento per altre rilevazioni, questa volta dirette verso fonti di fast ray burst di altro tipo. Il confronto sarà utile per capire se i FRB siano prodotti solo in prossimità del centro di galassie nane o in presenza di buchi neri supermassicci. Non si può comunque escludere che FRB 121102 sia una storia a sé, con caratteristiche diverse da quelle di altre fonti di lampi radio veloci. E non è nemmeno chiaro perché queste emissioni radio siano captate in galassie lontane, ma non nella nostra; o forse le osserviamo eccome e da anni, ma le abbiamo sempre scartate credendo fossero interferenze dovute alle attività terrestri. Un’altra spiegazione potrebbe essere data dal fatto che gli eventi che stiamo osservando oggi avvennero 3 miliardi di anni fa, forse in uno stadio evolutivo dell’Universo ora superato nella porzione di Cosmo dove si trova la nostra Via Lattea. Una trasmissione dagli alieni resta molto improbabile.