Usando un mistero cosmico per sondarne un altro, alcuni astronomi hanno analizzato il segnale proveniente da un lampo radio veloce per far luce sul gas diffuso nell’alone di una galassia massiccia [1]. Nel novembre 2018 il radiotelescopio ASKAP (Australian Square Kilometre Array Pathfinder) ha individuato un lampo radio veloce, chiamato FRB 181112. Osservazioni successive con il VLT (Very Large Telescope) dell’ESO e altri telescopi hanno rivelato che gli impulsi radio sono passati, nel loro cammino verso la Terra, attraverso l’alone di una galassia massiccia. Questa scoperta ha permesso agli astronomi di analizzare il segnale radio alla ricerca di indizi sulla natura del gas nell’alone.
“Il segnale del lampo radio veloce ha rivelato la natura del campo magnetico attorno alla galassia e la struttura del gas nell’alone. Lo studio dimostra l’efficacia di una nuova tecnica rivoluzionaria per esplorare la natura degli aloni delle galassie”, ha dichiarato J. Xavier Prochaska, professore di astronomia e astrofisica all’Università della California a Santa Cruz e autore principale di un articolo che presenta i nuovi risultati pubblicati oggi dalla rivista Science.
Gli astronomi continuano a non sapere quali siano le cause dei lampi radio veloci e solo recentemente sono stati in grado di rintracciare alcuni di questi segnali radio molto brevi e molto luminosi nelle galassie da cui hanno avuto origine. “Quando abbiamo sovrapposto le immagini radio e quelle ottiche, abbiamo potuto vedere subito che il lampo radio veloce ha attraversato l’alone di questa galassia che si trova casualmente sulla nostra linea di vista e, per la prima volta, abbiamo avuto un modo diretto di indagare sulla materia altrimenti invisibile che circonda questa galassia,” ha commentato la coautrice Cherie Day, una dottoranda presso la Swinburne University of Technology, in Australia.
Un alone galattico contiene sia materia oscura che ordinaria – o barionica – principalmente sotto forma di un gas ionizzato caldo. Mentre il corpo luminoso di una galassia massiccia potrebbe arrivare fino a circa 30.000 anni luce, il suo alone approssimativamente sferico ha un diametro dieci volte maggiore. Il gas dell’alone alimenta la formazione stellare cadendo verso il centro della galassia, mentre altri processi, come le esplosioni di supernova, possono espellere materiale dalle regioni che formano le stelle verso l’alone galattico. Una delle ragioni per cui gli astronomi vogliono studiare il gas dell’alone è capire meglio questi processi di espulsione che possono arrestare la formazione stellare.
“L’alone di questa galassia è sorprendentemente tranquillo”, ha affermato Prochaska. “Il segnale radio è stato disturbato pochissimo dalla galassia, in netto contrasto con ciò che i modelli precedenti avevano previsto che sarebbe accaduto.”
Il segnale di FRB 181112 era composto da pochi impulsi, ciascuno di durata inferiore a 40 microsecondi (10.000 volte più breve di un battito di ciglia). La breve durata degli impulsi pone un limite superiore alla densità del gas dell’alone perché il passaggio attraverso un mezzo più denso amplierebbe la durata del segnale radio. I ricercatori hanno calcolato che la densità del gas dell’alone deve essere inferiore a 0,1 atomi per centimetro cubo (equivalente a diverse centinaia di atomi in un volume delle dimensioni di un palloncino) [2].
“Come l’aria che vibra in una calda giornata estiva, l’atmosfera tenue di questa galassia massiccia dovrebbe deformare il segnale del lampo radio veloce. Invece abbiamo ricevuto un impulso così incontaminato e nitido che non vi troviamo alcuna impronta del gas,” ha affermato il coautore Jean-Pierre Macquart, astronomo dell’International Center for Radio Astronomy Research presso la Curtin University, Australia.
Lo studio non ha trovato prove della presenza di nuvole fredde turbolente o di piccoli grumi densi di gas freddo di alone. Il lampo radio veloce ha anche fornito informazioni sul campo magnetico dell’alone, che è risultato molto debole, un miliardo di volte più debole di quello di un magnete da frigorifero.
A questo punto, con i risultati di un solo alone galattico, i ricercatori non possono dire se la bassa densità e la bassa intensità del campo magnetico che hanno misurato sono insolite o se gli studi precedenti sugli aloni galattici avevano prodotto una stima per eccesso di queste proprietà. Prochaska ha dichiarato di aspettarsi che ASKAP e altri radiotelescopi useranno i lampi radio veloci per studiare molti più aloni galattici e risolverne le proprietà.
“Questa galassia potrebbe essere speciale”, ha detto. “Avremo bisogno di lampi radio veloci per studiare decine o centinaia di galassie su un vasto intervallo di masse ed età per valutare l’intera popolazione.” I telescopi ottici come il VLT dell’ESO svolgono un ruolo importante, rivelando quanto è lontana la galassia che ospita il singolo lampo, ma anche se il lampo è passato attraverso l’alone di una qualsiasi galassia in primo piano.
Note
[1] Un vasto alone di gas a bassa densità si estende ben oltre la zona luminosa di una galassia in cui sono concentrate le stelle. Sebbene questo gas caldo e diffuso rappresenti una frazione della massa della galassia maggiore rispetto alle stelle, è molto difficile da studiare.
[2] I vincoli di densità limitano anche la possibilità di turbolenza o la presenza di nubi di gas freddo all’interno dell’alone. Freddo è un termine relativo, poichè si riferisce a temperature intorno ai 10.000 °C, comunque molto minori rispetto al gas caldo dell’alone che si trova a circa 1 milione di gradi.
Ulteriori Informazioni
Questa ricerca è stata presentata in un articolo pubblicato il 26 settembre 2019 dalla rivista Science.
L’equipe è composta da J. Xavier Prochaska (University of California Observatories-Lick Observatory, University of California, USA e Kavli Institute for Physics and Mathematics of the Universe, Giappone), Jean-Pierre Macquart (International Center for Radio Astronomy Research, Curtin University, Australia), Matthew McQuinn (Dipartimento di Astronomia, Università di Washington, USA), Sunil Simha (University of California Observatories-Lick Observatory, University of California, USA), Ryan M. Shannon (Center for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Australia), Cherie K. Day (Centre for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Australia and Commonwealth Science and Industrial Research Organization, Australia Telescope National Facility, Australia), Lachlan Marnoch (Commonwealth Science and Industrial Research Organization, Australia Telescope National Facility, Australia e Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Macquarie, Australia), Stuart Ryder (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Macquarie University, Australia), Adam Deller (Centre for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Australia), Keith W. Bannister (Commonwealth Science and Industrial Research Organisation, Australia Telescope National Facility, Australia), Shivani Bhandari (Commonwealth Science and Industrial Research Organization, Australia Telescope National Facility, Australia), Rongmon Bordoloi (North Carolina State University, Dipartimento di Fisica, USA), John Bunton (Commonwealth Science and Industrial Research Organization, Australia Telescope National Facility, Australia), Hyerin Cho (School of Physics and Chemistry, Gwangju Institute of Science and Technology, Corea), Chris Flynn (Centre for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Australia), Elizabeth Mahony (Commonwealth Science and Industrial Organizzazione di ricerca, Australia Telescope National Facility, Australia), Chris Phillips (Commonwealth Science and Industrial Research Organization, Australia Telescope National Facility, Australia), Hao Qiu (Sydney Institute for Astronomy, School of Physics, University of Sydney, Australia), Nicolas Tejos (Instituto de Fisica, Pontificia Universidad Catolica de Valparaiso, Cile).
L’ESO (European Southern Observatory, o Osservatorio Australe Europeo) è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e di gran lunga l’osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 15 paesi: Austria, Belgio, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Italia, Paesi Bassi, Polonia, Portogallo, Regno Unito, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera, oltre al paese che ospita l’ESO, il Cile e l’Australia come partner strategico. L’ESO svolge un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strumenti astronomici da terra che consentano agli astronomi di realizzare importanti scoperte scientifiche. L’ESO ha anche un ruolo di punta nel promuovere e organizzare la cooperazione nella ricerca astronomica. L’ESO gestisce tre siti osservativi unici al mondo in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, l’ESO gestisce il Very Large Telescope, osservatorio astronomico d’avanguardia nella banda visibile e due telescopi per survey. VISTA, il più grande telescopio per survey al mondo, lavora nella banda infrarossa mentre il VST (VLT Survey Telescope) è il più grande telescopio progettato appositamente per produrre survey del cielo in luce visibile. L’ESO è il partner principale di APEX e di ALMA, il più grande progetto astronomico esistente, sulla piana di Chajnantor. E sul Cerro Armazones, vicino al Paranal, l’ESO sta costruendo l’Extremely Large Telescope o ELT (significa Telescopio Estremamente Grande), un telescopio da 39 metri che diventerà “il più grande occhio del mondo rivolto al cielo”.
