La Radioastronomia, universo a onde radio. FRB
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La Radioastronomia, universo a onde radio. FRB

La radioastronomia studia l'universo alle onde radio ed è uno dei settori di studio a maggiore espansione in termini di strumentazione e di campi di ricerca. Tra questi, la caratterizzazione dei corpi che si avvicinano alla Terra e soprattutto i lampi veloci che si accendono nel cielo brillando a onde radio: i fast radio burst o FRB

Le onde radio

Le onde radio rappresentano la porzione dello spettro elettromagnetico le cui frequenze sono comprese più o meno tra pochi Hz e 300 GHz, pari ad una lunghezza che va da 1 millimetro a, teoricamente, infinito. Lo spettro radio è diviso in bande

La maggior parte delle radiazioni emesse dai corpi celesti è dovuta al loro calore, diretto o riflesso. Maggiore è la temperatura e maggiore è la frequenza , quindi minore è la lunghezza di onda . I raggi gamma sono legati a decadimento radioattivo mentre le onde radio hanno una componente termica e una non termica.

Le onde radio rappresentano la porzione dello spettro elettromagnetico le cui frequenze sono comprese più o meno tra pochi Hz e 300 GHz, pari ad una lunghezza che va da 1 millimetro a, teoricamente, infinito. Lo spettro radio è diviso in bande.

Bande delle onde radio
Banda Frequenza Lunghezza d'onda
Extremely Low Frequency (ELF) 3 - 30 Hz 100.000 - 10.000 km
Super Low Frequency (SLF) 30 - 300 Hz 10.000 - 1.000 km
Ultra Low Frequency (ULF) 300 - 3.000 Hz 1.000 - 100 km
Very Low Frequency (VLF) 3 - 30 kHz 100 - 10 km
Low Frequency (LF) 30 - 300 kHz 10 - 1 km
Medium Frequency (MF) 300 - 3.000 kHz 1 km - 100 m
High Frequency (HF) 3 - 30 MHz 100 - 10 m
Very High Frequency (VHF) 30 - 300 MHz 10 - 1 m
Ultra High Frequency (UHF) 300 - 3.000 MHz 1 m - 100 mm
Super High Frequency (SHF) 3 - 30 GHz 100 - 10 mm
Extremely High Frequency (EHF) 30 - 300 GHz 10 - 1 mm

La finestra radio, accessibile dal suolo, è limitata dal lato delle onde millimetriche dall'assorbimento del vapore acqueo e delle altre molecole della bassa atmosfera. Dall'altro lato è limitata dalla riflessione totale da parte della ionosfera , composta da gas ionizzato carico positivamente. Proprio la riflessione ha consentito di utilizzare le onde radio per comunicare informazioni tra punti della Terra che, a causa della curvatura terrestre, non potevano "vedersi": ad esempio, il segnale veniva sparato in alto da Roma, sbatteva sulla ionosfera e ricadeva verso New York con le informazioni da trasportare.

L'astronomia delle onde radio, nota come radioastronomia, si è sviluppata soprattutto dopo la seconda guerra mondiale ed ha portato a numerose grandi scoperte nel secolo Novecento.
Il suo difetto più grande è dato proprio dalle dimensioni dell'onda: un'onda breve riesce a fornire dettagli molto più particolareggiati rispetto ad un'onda lunga, con la conseguenza che per fornire la stessa definizione alla radioastronomia servono raccoglitori di onde davvero enormi.

Proprio a questo scopo sono nati i radiointerferometri, sistemi di numerosi radiotelescopi collegati tra loro materialmente o con cavi o con sistemi più complessi, consistenti nel far interferire le osservazioni provenienti da vari luoghi della Terra simultaneamente, con differenze di tempo inferiori al milionesimo di secondo. Proprio l'interferometria valse il Nobel del 1974 a Martin Ryle e Antony Hewish dell'Università di Cambridge. Tramite interferometria, quindi, si riesce ad avere una acuità visiva pari a quella di un telescopio il cui diametro sia pari alla distanza tra i due radiotelescopi più lontani del sistema interferometrico ed è per questo che progetti in via di sviluppo prevedono di porre uno dei radiotelescopi su satelliti orbitanti ed anche sulla Luna.

La radioastronomia ha portato alle scoperte di nuove classi di oggetti quali pulsar , quasar e AGN , tra i fenomeni più estremi ed energetici del'universo, e radiotelescopi sono stati utilizzati inoltre per la scoperta della radiazione cosmica di fondo .

La radioastronomia studia quindi l'emissione di onde radio da parte dei corpi celesti, definiti in tal caso radiosorgenti, al fine di caratterizzarne posizione e proprietà. I meccanismi con i quali un corpo celeste può emettere a onde radio sono diversi e possono dare origine a emissioni radio di tipo continuo o emissioni discontinue
Le emissioni di tipo continuo sono date da quella di corpo nero e da quella di corpo grigio (corpo nero con emissività minore di uno) e rappresentano radiazioni termiche prodotte da corpi in equilibrio termodinamico, ma i processi più facilmente riscontrabili in astronomia sono in realtà legati ad altri processi legati all'accelerazione di cariche elettriche come gli elettroni. L'accelerazione degli elettroni di un plasma può avvenire tramite collisioni con ioni o altri elettroni (radiazione di frenamento o di bremsstrahlung termica) oppure in presenza di un campo magnetico (radiazione di sincrotrone o bremsstrahlung magnetica).   
Il Sole è una radiosorgente, la prima a essere stata osservata data la vicinanza. In caso di Sole quieto le onde radio sono dovute alla radiazione termica della corona solare, gas totalmente ionizzato, mentre in caso di Sole perturbato da tempeste solari o brillamenti l'emissione avviene tramite burst. In tal caso l'emissione è ancora continua ma non è più termica poiché viene a dipendere da intensi campi magnetici. Stesse tipologie di emissione possono essere osservate nelle altre stelle. Anche i pianeti solari emettono radioonde per emissione termica da superficie e atmosfera ma anche per le particelle intrappolate nel campo magnetico. 
Sorgenti diffuse sono invece rappresentate dal mezzo interstellare, presente in tutta la Galassia in densità variabili. La radioastronomia è lo strumento ideale per la rilevazione dell'idrogeno neutro (HI) visto che il livello energetico fondamentale dell'atomo di idrogeno si trova alla lunghezza d'onda dei 21 centimetri.

Nella prima parte del nuovo millennio la radioastronomia è la parte in più rapido sviluppo dell'astronomia intera, grazie alle nuove tecnologie e alla potenza di calcolo. Entro pochi anni consentirà di osservare l'intero universo sotto vesti del tutto nuove, quelle delle onde radio che consentiranno di osservare getti di particelle a velocità relativistiche, alimentate da buchi neri supermassicci, e tanto altro.

Ultimo aggiornamento del: 08/09/2018 22:43:02

Storia delle osservazioni radio

Da Nikola Tesla ai più grandi interferometri terrestri, la radioastronomia è il settore in più rapida espansione nello studio del cielo potendo contare su un tappeto di radiotelescopi in tutto il mondo

Le prime onde radio extragalattiche dovrebbero essere state ascoltate da Nikola Tesla dal laboratorio a Colorado Springs, originate da nubi interstellari e giganti rosse. All'epoca, però, la comunità scientifica non era molto propensa a dar retta a Tesla e così i primi segnali ai quali fu creduto furono quelli di Karl Guthe Jansky, ritenuto il padre della radioastronomia: un ingegnere della Bell Telephone che ascoltò le onde radio provenienti dal centro galattico e dal Sole.

La seconda guerra mondiale portò un miglioramento netto nella strumentazione e con il tempo aumentò anche il numero di sorgenti radio note nel cielo, dalla prima nel 1940 a centinaia di migliaia di inizio Duemila. Verso il cambio del millennio, quattro progetti guidati dalle nuove tecnologie hanno incrementato questo numero in maniera esponenziale, fino a 2.5 milioni di sorgenti. I progetti sono chiamati Westerbork Northern Sky Survey (WENSS), NRAO VLA Sky Survey (NVSS), Faint Images of the Radio Sky at Twenty-cm (FIRST) e Sydney University Molonglo Sky Survey (SUMSS). 
I nuovi progetti in Australia, Olanda, USA, India e Sud Africa come EMU e ASKAP stanno aumentando ancora di più i risultati, puntando ai 70 milioni di oggetti radio nel cielo. 

ASKAP (Australian Square Kilometer Array Pathfinder) è un array di parabole in Western Australia progettato dalla Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) e dotato di un enorme campo di vista di trenta gradi quadrati, cento volte la Luna piena apparente. Ciascuna antenna può puntare una zona di cielo differente osservando in tutto 240 gradi di cielo in un colpo solo e proprio questo largo campo ha consentito di rinvenure venti FRB in un solo anno, raddoppiando quanto era stato trovato in dieci anni di osservazioni precedenti. La qualità dell'osservazione consente una precisione al millesimo di grado.

Di radiotelescopi oggi è pieno il globo terrestre e gli Stati Uniti hanon creato una apposita organizzazione finalizzata alle ricerche di radioastronomia: si chiama National Radio Astronomy Observatory (NRAO) e controlla numerosi radiotelescopi negli Stati Uniti, compreso il più grande radiotelescopio completamente orientabile del mondo, il Green Bank Telescope intorno al quale è istituita una zona di silenzio radio in Virginia Occidentale.
Nel 1994 l'NRAO ha inaugurato un complesso composto da 10 antenne poste su tutto il territorio statunitense, dalle Isole Hawaii alle Isole Vergini americane, chiamato Very Long Baseline Array (VLBA) e in grado di arrivare a dettagli paragonabili a quelli ottici di Hubble Space Telescope, se non migliori. Addirittura nel 2018 il VLBA è stato utilizzato in una caratterizzazione radio di un asteroide in transito di fronte a una radiogalassia. Tramite l'osservazione e la distorsione nelle onde radio ricevute dalla galassia è stato possibile definire al meglio dimensione e forma del corpo minore. L'asteroide si chiama Palma.
In base a gamma di sensibilità e precisione di puntamento, ciascun radiotelescopio può specializzarsi in rami di attività radioastronomica. Lo specchio è solitamente una parabola con il ricevitore posto nel fuoco. L’antenna consente una risposta angolare molto marcata, raccogliendo radiazione prevalentemente monodirezionale.

Le antenne del VLA. Crediti NRAO
Le antenne del VLA. Crediti NRAO

Il più grande radiotelescopio del mondo si trova a Arecibo (Puerto Rico): il suo specchio misura 305 metri di diametro. Relativamente all'Europa, invece, il maggiore strumento si trova ad Effelsberg, in Germania, con diametro di 100 metri. 

Very Large Array - VLA - USA

Il Very Large Array (VLA) si trova a 2.124 metri sul livello del mare a Socorro, nel New Mexico negli USA, è in funzione dal 1980 e si compone di ventisette antenne paraboliche, ciascuna di 25 metri di diametro. Le antenne si dispongono su tre bracci di 21 chilometri ciascuno, disposti a formare una Y. In tutto si ottiene un segnale pari a una unica antenna di 40 chilometri di diametro. Progetto di punta, partito nel 2017, è la VLA Sky Survey (VLASS) che ha il compito di fornire una visione radio in una zona di cielo molto ampia mappandola tra 2 e 4 GHz, individuando più di dieci milioni di radiosorgenti. VLASS è la più grande survey nella storia del VLA: utilizza cinquemila ore di osservazione in più di sette anni effettuando tre scansioni del cielo visibile mappandone l'80%. Prima di VLASS, la survey NRAO VLA Sky Survey (NVSS) è stata portata avanti dal 1993 al 1996, sempre a tutto cielo, mentre la FIRST (Faint Images of the Radio Sky at Twenty centimeters) ha insistito su una zona più ridotta tra il 1993 e il 2002. 
Tra il 2001 e il 2012 VLA è stato sottoposto a un upgrade che ne ha aumentato la sensibilità e quindi l'abilità di scoprire oggetti più deboli. Le survey precedenti hanno dato vita a più di 4.500 citazioni in articoli scientifici. Le antenne di VLA sono state rese celebri dal film Contacts con Jodie Foster

Arecibo - Porto Rico

L'antenna dell'Arecibo Observatory
L'antenna dell'Arecibo Observatory

L'osservatorio di Arecibo, noto come National Astronomy and Ionosphere Center (NAIC) si trova a Porto Rico ed è gestito dalla Cornell University in accordo con la National Science Foundation degli USA. Fino all'entrata in funzione di FAST (2016), i 305 metri della sua antenna hanno rappresentato la singola parabola più grande al mondo, poggiata su una depressione naturale del terreno e priva di una propria montatura. La grande parabola si compone di 37.778 pannelli di alluminio da 1 o 2 metri.

Il suo utilizzo varia dalla radioastronomia alla fisica atmosferica e all'osservazione radar di oggetti solari, tra i quali i Near Earth Objects (NEO) che, avvicinandosi, vengono caratterizzati morfologicamente proprio dall'antenna di Arecibo. Non è un caso se grazie al radiotelescopio sia stato misurato il periodo di rotazione di Mercurio facendolo scendere da 88 giorni a 59 (7 aprile 1964), sia stata scoperta la variabilità periodica della Nebulosa del Granchio dovuta alla presenza di una stella di neutroni (1968,era la prima pulsar ), sia stata scoperta la prima pulsar binaria (PSR B1913+16 nel 1974) e la prima pulsar al millisecondo (PSR J1937+21 nel 1982). Tra i corpi solari, Arecibo ha un ruolo dominante nella caratterizzazione morfologica degli asteroidi a partire dalla prima osservazione di (4769) Castalia nel 1989. Nel 1990 venne scoperta la prima pulsar orbitata da tre pianeti (PSR B1257+12), nell'evento che caratterizzò la scoperta dei primi esopianeti.

Per la ricerca di civiltà aliene, il radiotelescopio di Arecibo è uno degli strumenti più utilizzati sia nel progetto Seti@Home sia nel progetto Einstein@Home, ma è anche lo strumento con il quale è stato inviato un segnale verso l'ammasso globulare M 13 (messaggio di Arecibo).

Nel 2017, a causa dell'uragano Irma, la parabola ha subito diversi danni ma la funzionalità - sebbene i fondi siano diminuitu - è comunque garantita per altri anni ancora.

Green Bank Telescope  - USA

Il Green Bank Telescope
Il Green Bank Telescope

Il radiotelescopio Robert C. Byrd a Green Bank (da qui, Green Bank Telescope - GBT) vede il suo nome dedicato al senatore della Virginia che si occupò della raccolta fondi per la costruzione della struttura, che ancora oggi è il più grande radiotelescopio al mondo totalmente orientabile. Prese il posto di un telescopio da 90 metri costruito nel 1962 ma crollato nel 1988 e fu costruito dal 1991 al 2002 con inizio operatività il 22 agosto 2000, in versione parziale. Dal 2016 non fa più parte del circuito NRAO ma è gestito autonomamente. Opera tra 1 e 116 GHz e grazie alla sua orientabilità riesce a osservare l'85% del cielo. Si trova in mezzo alla United States National Radio Quiet Zone, una zona del Nord America in cui le trasmissioni radiofoniche sono molto limitate. Grazie al GBT fu possibile individuare pulsar al millisecondo in M 62 (2002), la stella di neutroni più massiccia (2006), campi magnetici in M 42 (2006).

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array - Cile

Il radiotelescopio ALMA comprende molte antenne paraboliche da 7 e da 12 metri di diametro che sono state installate nel deserto di Atacama nel Cile a circa 5000 metri di altitudine . In questo modo potrà studiare le elevate frequenze radio solitamente bloccate dall'atmosfera. Se ne parla anche nella sezione dedicata alle onde millimetriche e sub-millimetriche.

Effelsberg - Germania

Con una parabola da 100 metri di diametro, il radiotelescopio di Effelsberg si trova in Germania, nella zona della Vestfalia. E' stato inaugurato il 1 agosto 1971 e fino alla messa in opera del GBT è stato il telescopio orientabile più grande al mondo. Viene gestito dal Max Planck Institute for Radio Astronomy e il suo principale campo di applicazione è dato da pulsar, nubi molecolari e polvere interstellare, getti relativistici e AGN. 

Radiotelescopio di Effelsberg
Radiotelescopio di Effelsberg

Stazione radioscopica di Medicina - Italia

A Medicina (BO) esiste una stazione radioastronomica operante dal 1964 e gestita dall'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) contenente due strumenti. Il primo è la "Croce del Nord", formata da due rami perpendicolari di antenne lunghi 564 e 640 metri e operanti a 408 MHz; il secondo, installato circa venti anni dopo, è una antenna parabolica da 32 metri di diametro che lavora tra 1.4 e 23 GHz. L'antenna fa parte del VLBI. 

Sardinia Radio Telescope - Italia

Fondato nel 2011 a San Basilio, a pochi chilometri da Cagliari, il Sardinia Radio Telescope è operativo dal 2013 e fa seguito in Italia ai radiotelescopi di Medicina e di Noto ed è il tecnologicamente più avanzato. Si trova a 600 metri sul livello del mare e si compone di una parabola altazimutale da 64 metri di diametro, somma di 1008 pannelli di alluminio. Viene gestito dall'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) tramite Osservatorio Astronomico di Cagliari, Istituto di Radioastronomia di Bologna e Osservatorio Astrofisico di Arcetri. Parte del suo tempo osservativo è dedicato al controllo delle missioni automatiche di esplorazione spaziale e dei satelliti orbitanti la Terra, mentre dal punto di vista astronomico la frequenza è adatta alle nubi molecolari, alle fasi finali della vita stellare, ai maser e agli oggetti con forte emissione radio come getti relativistici, AGN , buchi neri. Anche il campo della ricerca di esosfere è adatto a SRT. Nel 2015 il SRT ha contribuito alla caratterizzazione del moto del gas in tre dimensioni nella regione di formazione stellare Cepheus A.

Sardinia Radio Telescope
Sardinia Radio Telescope

Lovell Radiotelescope - Inghilterra

Localizzato all'Osservatorio Jodrell Bank in Inghilterra, il Lovell è stato costruito nel 1952-1957 come il più grande telescopio ad antenna orientabile, mentre oggi i suoi 76.2 metri di diametro sono stati superati da GBT e Effelsberg. E' stato sottopoposto più volte a aggiornamenti e riparazioni ma la sua "età" lo ha reso storico in diverse occasioni: nel 1957 fu l'unico telescopio a poter tracciare il percorso del razzo vettore degli Sputnik mentre venne utilizzato durante la corsa alla Luna come tracciatore delle sonde americane (Pioneer soprattutto) e sovietiche (Lunik, Luna 3 e Luna 9). Valido strumento per sorgenti galattiche e extragalattiche, il Lovell ha ottenuto ottimi risultati nel Sistema Solare in termini di osservazioni solari, echi radar dai pianeti e dalla Luna e studi sulle aurore. Nel suo palmares figura la prima lente gravitazionale , confermata poi nell'ottico nel 1979. Oggi fa parte della rete europea VLBI.

Lovell Radio Telescope
Lovell Radio Telescope

Parkes - Australia

L'osservatorio di Parkes si trova venti chilometri a nord di Parkes, in Australia, e si basa su una parabola di 64 metri di diametro. Venne inaugurato nel 1961 ed entrò in piena funzione due anni dopo, giusto in tempo per fornire un apporto essenziale alle missioni Apollo soprattutto per la ricezione video delle passeggiate sul suolo lunare.Le gesta del Parkes sono narrate nel film The Dish del 2000. Anche oggi ha un ruolo fondamentale per seguire le missioni spaziali ma le sue caratteristiche lo rendono eccezionale nella detection dei Fast Radio Bursts (FRB).

Il radiotelescopio di Parkes, in Australia
Il radiotelescopio di Parkes, in Australia

Square Kilometre Array

Lo Square Kilometre Array (SKA) è un progetto internazionale di interferometria radio in costruzione in Australia e Sud Africa che, una volta terminato, sarà 50 volte più sensibile degli attuali sistemi operanti. Anche la velocità operativa sarà di gran lunga migliore di quanto non sia possibile fare oggi. La prima luce è prevista per il 2020 anche se ritardi sono all'ordine del giorno. Il sistema sarà composto da migliaia di piccole antenne sparse su un territorio di oltre 3 mila chilometri, il che consentirà di osservare 200 gradi quadri di cielo a frequenze inferiori al GHz e un grado quadrato a frequenze maggiori. La copertura radio andrà tra 50 MHz a 14 GHz, con futura espansione fino ai 30 GHz. 

SKA, Australia
SKA, Australia

Five Hundred Meter Aperture Spherical Telescope (FAST) - Cina

Five Hundred meter Aperture Spherical Telescope (FAST) si trova nella provincia cinese del Guizhou ed è stato progettato a partire dal 2011 per esser completato a settembre 2016. Ad oggi è il radiotelescopio più grande e sensibile al mondo, tre volte più sensibile del radiotelescopio di Arecibo. Si compone di 4600 pannelli e, come Arecibo, utilizza come alloggio una depressione naturale del terreno. Il diametro è di cinquecento metri e la superficie della parabola è ad ottica adattiva. Riesce a coprire 40 gradi di cielo dallo zenit, con frequenze da 70 MHz a 3.0 GHz.

FAST radiotelescope
FAST radiotelescope

 

Ultimo aggiornamento del: 10/10/2018 20:34:05

I Fast Radio Bursts (FRB)

Dal 2007 una delle sfide cosmologiche più interessanti è data da veloci lampi radio (Fast Radio Bursts) che si accendono in tutto il cielo. Lo studio principale si concentra su una sorgente in particolare, l'unica che concede ripetizioni dell'evento.

Fast Radio Burst, rappresentazione
Fast Radio Burst, rappresentazione

Era il 2007 quando l'analisi di dati raccolti il 24 luglio 2001 dal radiotelescopio di Parkes portò all'individuazione di qualcosa di nuovo, in seguito annunciato su un numero di Science con un articolo a firma di Duncan Lorimer e colleghi. Si trattava di un lampo molto breve e molto luminoso nello spettro radio, cioè in quella parte di spettro elettromagnetico con lunghezza di onda compresa tra un millimetro per le frequenze più alte (300 GHz) e 10 chilometri per le frequenze più basse (30 KHz). Non ingannino le “radioline” con le quali anche i nostri nonni ascoltavano “Tutto il calcio minuto per minuto” decenni fa: per captare onde di questo tipo originate da sorgenti astrofisiche sono necessarie grandi antenne, proprio come quelle utilizzate a Parkes per ascoltare il segnale del 2007.

Il segnale del "Lampo di Lorimer", FRB 010724
Il segnale del "Lampo di Lorimer", FRB 010724

Questo segnale, in seguito alla successiva scoperta di ulteriori lampi di natura simile, fu battezzato Fast Radio Burst e indicato con l'acronimo FRB seguito dalla data dell'evento: FRB 010724.
Fast Radio Burst è un nome che, come spesso accade in astronomia, fa riferimento a una terminologia del tutto descrittiva. Basti pensare alla materia oscura che descrive benissimo una materia della quale non si conosce nulla e che non si rileva direttamente, oppure alla energia oscura che descrive altrettanto bene una misteriosa spinta repulsiva che accelererebbe l’espansione dell’universo. Nomi molto descrittivi e anche “Fast Radio Burst” indica chiaramente la fenomenologia senza dir nulla riguardo l'origine dei segnali osservati, né come processi fisici di base né come distanze delle sorgenti, inizialmente in bilico tra una appartenenza Galattica e una extra-galattica. Il primo lampo, catturato quindi nel 2001 e riconosciuto sei anni più tardi e noto anche come "Lampo di Lorimer", presentava una durata sicuramente inferiore ai 5 millisecondi e una provenienza prospetticamente prossima alla posizione della Grande Nube di Magellano. La distanza venne inizialmente stimata attorno al gigaparsec e quindi a 3.26 miliardi di anni luce circa (un parsec  è pari a 3,26 anni luce), a indicare una probabile origine extra-galattica.

I dati successivi non mostrarono ripetizioni del fenomeno dalla stessa zona quindi si optò per un processo fisico una tantum, qualcosa di catastrofico e irripetibile per un corpo celeste come può essere la morte di una stella . Vennero scartati processi legati, ad esempio, a rotazioni di corpi o ad altri fenomeni che avrebbero invece mostrato andamenti più o meno ciclici e regolari, o perlomeno ricorrenti. 

Da allora le cose sono cambiate anche se in realtà il numero di FRB registrato si mantiene abbastanza basso, il che è imputabile sia all'aleatorietà degli eventi sia, soprattutto, alla loro brevissima durata. Soltanto a fine 2018, con la messa in opera di ASKAP, è stato però possibile raddoppiare in un anno solo il numero di FRB osservati nei dieci anni precedenti.
Le ultime stime al 2018 sulla potenziale numerosità di eventi di questo tipo viene calcolata in un range che va da un probabile FRB al minuto fino alla visione più ottimistica di un FRB ogni secondo (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, pubblicazione su The Astrophysical Journal Letters). A questo riguardo alcuni stimano addirittura che il futuro Square Kilometer Array (SKA) potrà un giorno rilevare – tra questi – anche burst compatibili con l'epoca della reionizzazione , che un recente articolo su Nature ha fissato a un periodo precedente ai 180 milioni di anni dopo il Big Bang attraverso il ritrovamento di una riga di assorbimento (a dire il vero anch’essa abbastanza controversa e debole) sui 78 MHz corrispondente alla riga a 21 centimetri dell’idrogeno “stirata” dall’espansione dell’universo fino alla frequenza registrata.

La discussione principale verte sulla possibile origine di questi lampi radio. Anche se non fosse possibile stabilire, almeno per ora, quale sia il processo in grado di alimentare un rilascio così particolare di energia, si potrebbe iniziare cercando di capire quali, tra i processi possibili, siano quelli meno probabili e così a Settembre 2017 sembra esser stato spezzato il legame tra FRB ed emissione di neutrini (University of Wisconsin-Madison, pubblicazione su Astrophysical Journal in base ai dati di IceCube), emissione che si accompagna a Gamma Ray Burst  e ad attività di buchi neri. Si potrebbe quindi essere certi che fenomeni legati a queste particelle siano da scartare, ma in realtà captare un neutrino è un lavoro molto difficile a causa della limitatissima interazione con la materia e non è da escludere la possibilità che di neutrini ce ne siano in realtà stati e che semplicemente, di questi, non sia stato rilevato nulla.

Origine extragalattica dei FRBs, rappresentazione. Credit Kurzweil Al
Origine extragalattica dei FRBs, rappresentazione.
Credit Kurzweil Al

A oggi si tende a ritenere che questi fenomeni possano provenire, con maggior probabilità, da stelle di neutroni in rapida rotazione e immerse in campi magnetici estremamente intensi, come si dirà meglio a breve. Per quanto riguarda la distanza dei fenomeni, la sua determinazione risulta fondamentale poiché durante i viaggi la radiazione raccoglie informazioni del materiale attraversato e riuscire a collocare un evento nella giusta struttura spazio-temporale può aggiungere molto alla nostra attuale conoscenza dell'universo. Per alcuni FRB si è tentata una localizzazione tramite associazione del lampo radio ad altri fenomeni transitori osservati come follow-up tramite telescopi diversi dopo il trigger innescato da Parkes. In uno di questi casi l’osservazione di un segnale radio peculiare in rapido decadimento aveva lasciato pensare ad una associazione tra FRB e una possibile galassia di origine. Il lampo in questione fu stato battezzato FRB 150418 e venne associato alla variabilità radio osservata nella galassia WISE J0716-19 ma osservazioni durate più di un anno sono riuscite dapprima a smentire l’associazione e poi a ripresentarla come possibile. Procedere in questo modo pone limiti mentre la situazione ideale sarebbe, come in tutti i casi, aumentare il numero di campioni osservati, ma con fenomeni simili, istantanei o provenienti da zone imprevedibili di cielo, il lavoro sembrava molto difficoltoso.

FRB 121102, l'unico FRB ripetitivo a oggi
FRB 121102, l'unico FRB ripetitivo a oggi 

Il 2016, invece, ha segnato un punto di svolta grazie all'evento FRB 121102 (2 novembre 2012, in Auriga). Si tratta del primo, e finora unico, FRB ricorrente e proprio per questa capacità di concedere bis a ripetizione si tratta di un oggetto marcato stretto dalle antenne del Karl Jansky Very Large Array (VLA) nel New Mexico e da quelle di Arecibo.
Tramite interferometria e algoritmi appositi sviluppati alla University of California è stato possibile osservare numerosi burst e circostanziarne la provenienza a un'area di un millesimo di arcosecondo, pari a 100 anni luce reali di diametro alla distanza in seguito calcolata. In questa area oramai limitata il Gemini North Telescope, alle Hawaii, ha potuto ricondurre l'evento a una galassia nana ricca di idrogeno e povera di elementi pesanti, una composizione che testimonia una età non giovanissima ma collocabile nel medio universo. La galassia presenta un nucleo attivo e una debole emissione radio continua che, saltuariamente, dà vita a rilasci di carattere istantaneo. La galassia dista più di 3 miliardi di anni luce da noi e questa è la testimonianza più concreta della natura extra-galattica di eventi Fast Radio Burst. La natura extragalattica è accertata anche dal fatto che le diverse frequenze di un RGB giungono alla parabola con tempi diversi, dipendenti dal diverso modo di trapassare gli ostacoli incontrati lungo il viaggio (polvere intergalattica, gas). I ritardi tra le frequenze portano le informazioni sul materiale attraversato e quindi sulla distanza della sorgente.
Riconosciuta la natura extra-galattica, e trovata la probabile galassia di origine, resta da capire cosa possa accadere là dentro per sviluppare lampi del genere e l'antenna di Arecibo potrebbe aver chiuso il cerchio intorno a una stella di neutroni a intenso campo magnetico , una così detta magnetar. L'articolo è apparso su Nature a inizio 2018 ma in realtà non si giunge a una soluzione univoca visto che da un lato si invoca la citata magnetar accompagnata dal resto della supernova che l’ha formata oppure una pulsar wind nebula (PWN) – una tipologia di nebulosa presente in un resto di supernova alimentata dai venti generati dalla pulsar centrale – mentre dall'altro lato si fa riferimento a una alternativa che vede una stella di neutroni in orbita intorno a un buco nero supermassiccio. Si tratta quindi di deduzioni a partire da osservazioni ambientali e non di osservazioni dirette di una stella di neutroni: una natura ancora ambigua ma comunque apparentemente e logicamente legata a questi nuclei di stelle esplose. La breve durata di un FRB  si sposa infatti molto bene con una sorgente molto piccola come un nucleo compatto di una stella morta, mentre la polarizzazione del segnale ricevuto sembra avallare una sorta di twisting derivante dall'effetto di Faraday, tipico di una onda radio che viaggia in un plasma magnetizzato.

Con lo sviluppo delle tecnologie e le survey a largo campo il numero di FRB va lentamente crescendo, con qualche balzo sensibile in avanti come quando il 26 agosto 2017 vengono raccolti 15 FRB nel giro di 26 minuti, dalle 15.51 alle 16.17, tutti provenienti dalla stessa sorgente, la stessa di FRB 121102 (come detto, l’unico ad oggi ricorrente).

Si tratta di un ramo di ricerca nuovo di zecca che nel futuro potrà contare sicuramente su un maggior numero di osservazioni e su strumenti più avanzati tra i quali spicca anche l'intelligenza artificiale, con un primo risultato ottenuto dalla University of California, Berkeley, a Settembre 2018 consistente in 72 nuovi FRB, sempre provenienti dalla sorgente di FRB 121102. Il risultato di per sé non è entusiasmante tanto in termini di scienza quanto di possibilità per il futuro di poter contare su un campione di eventi sempre più alto, tramite nuovi algoritmi che andranno a sostituire quelli finora utilizzati scoprendo segnali finora nascosti. Il dataset dato in pasto all'Intelligenza Artificiale era composti da segnali radio ottenuti in un periodo di cinque ore il 26 agosto 2017 dal Green Bank Telescope: 400 terabyte precedentemente analizzati riscontrando 21 bursts ai quali i nuovi algoritmi hanno aggiunto ben 72 picchi. Oltre a fornire indicazioni sulle potenzialità del metodo, l'analisi ha consentito anche di caratterizzare meglio la periodicità di FRB 121102, le cui pulsaziono non seguono pattern regolari per periodi al di sopra dei 10 millisecondi (The Astrophysical Journal). 

Per un approfondimento è possibile fare riferimento alla serata in diretta della Dott.ssa Marta Burgay, ospite in "Incontri di Astronomia"

Ultimo aggiornamento del: 10/10/2018 20:37:46