Quasi 15 anni dopo la scoperta dei lampi radio veloci (FRB), l'origine delle esplosioni cosmiche nello spazio profondo, lunghe un millisecondo, rimane un mistero. Questo potrebbe presto cambiare, grazie al lavoro di un team internazionale di scienziati, tra cui l'astrofisico dell'UNLV Bing Zhang, che ha monitorato centinaia di esplosioni da cinque diverse fonti e ha trovato indizi nei modelli di polarizzazione FRB che potrebbero rivelare la loro origine. I risultati del team sono stati riportati nel numero del 17 marzo 2022 della rivista Science.
Gli FRB producono onde radio elettromagnetiche, che sono essenzialmente oscillazioni di campi elettrici e magnetici nello spazio e nel tempo. La direzione del campo elettrico oscillante è descritta come la direzione della polarizzazione. Analizzando la frequenza di polarizzazione negli FRB osservata da varie fonti, gli scienziati hanno rivelato somiglianze nella ripetizione di FRB che puntano a un ambiente complesso vicino alla fonte delle esplosioni.
"Questo è un passo importante verso la comprensione dell'origine fisica degli FRB", ha dichiarato Zhang, un illustre professore di astrofisica dell'UNLV che è stato coautore dell'articolo e ha contribuito all'interpretazione teorica dei fenomeni.
Per stabilire la connessione tra i lampi, un team di ricerca internazionale, guidato da Yi Feng e Di Li dei National Astronomical Observatories dell'Accademia cinese delle scienze, ha analizzato le proprietà di polarizzazione di cinque sorgenti FRB ripetute utilizzando il massiccio radiotelescopio sferico ad apertura di cinquecento metri (FAST) e il Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT). Da quando gli FRB sono stati scoperti per la prima volta nel 2007, gli astronomi di tutto il mondo si sono rivolti a potenti radiotelescopi come FAST e GBT per tracciare i lampi e cercare indizi su da dove provengono e come vengono prodotti.
Sebbene sia ancora considerata misteriosa, secondo gli scienziati la fonte della maggior parte degli FRB sono le magnetar, stelle di neutroni incredibilmente dense e di dimensioni modeste che possiedono i campi magnetici più forti dell'universo. In genere hanno quasi il 100% di polarizzazione. Al contrario, in molte sorgenti astrofisiche che coinvolgono plasmi randomizzati caldi, come il Sole e altre stelle, l'emissione osservata non è polarizzata perché i campi elettrici oscillanti hanno orientamenti casuali.
In uno studio che il team ha originariamente pubblicato l'anno scorso su Nature, FAST ha rilevato 1.652 impulsi dal ripetitore attivo FRB 121102. Anche se le esplosioni dalla sorgente sono risultate altamente polarizzate con altri telescopi che utilizzano frequenze più alte, coerenti con le magnetar, nessuna delle esplosioni rilevate con FAST nella sua banda di frequenza è stata polarizzata, nonostante FAST sia il più grande radiotelescopio a disco singolo al mondo.
"Siamo rimasti molto perplessi dalla mancanza di polarizzazione", ha affermato Feng, primo autore del documento di Science appena pubblicato. "Più tardi, quando abbiamo esaminato sistematicamente altri FRB ripetuti con altri telescopi in diverse bande di frequenza, in particolare quelli superiori a quello di FAST, è emersa un'immagine unificata".
Secondo Zhang, l'immagine unificata è che ogni sorgente FRB ripetuta è circondata da un plasma denso altamente magnetizzato. Questo plasma produce una diversa rotazione dell'angolo di polarizzazione in funzione della frequenza e le onde radio ricevute provengono da più percorsi a causa della dispersione delle onde da parte del plasma.
Quando il team ha tenuto conto di un solo parametro regolabile, ha spiegato Zhang, le molteplici osservazioni hanno rivelato un'evoluzione sistematica della frequenza, vale a dire la depolarizzazione verso frequenze più basse. "Una spiegazione così semplice, con un solo parametro libero, potrebbe rappresentare un passo importante verso una comprensione fisica dell'origine degli FRB ripetuti", ha dichiarato.
Di Li, un autore corrispondente dello studio, concorda sul fatto che l'analisi potrebbe rappresentare un pezzo importante nel completamento del puzzle cosmico degli FRB. "Ad esempio, gli FRB estremamente attivi potrebbero essere una popolazione distinta", ha spiegato. "In alternativa, stiamo iniziando a vedere la tendenza evolutiva negli FRB, con fonti più attive in ambienti più complessi che sono esplosioni più giovani".