Un misterioso segnale radio dal cosmo sconvolge il mondo dell’astrofisica

Un segnale radio che ignora le regole

Non si tratta di un'interferenza satellitare né di banale rumore di fondo. Qualcosa di lontanissimo si è imposto nei dati con una chiarezza difficile da ignorare. Quella che sembrava un'anomalia in un grafico si è trasformata rapidamente in un enigma su cui si sono gettati decine di team di ricerca in tutto il mondo.

Nella primavera del 2024, gli astronomi della Northwestern University dell'Illinois individuano una sorgente che per poco non viene scartata come errore di misura. I dati mostrano brevi lampi di energia estrema nella banda radio. La sorgente riceve una denominazione tecnica: FRB 20240209A, nuovo membro della famiglia dei Fast Radio Burst, abbreviati in FRB.

Gli FRB sono un mistero da anni. In un millesimo di secondo, una simile sorgente rilascia tanta energia quanta ne produce il Sole in un anno intero. Non in luce visibile, ma in onde radio. I radiotelescopi terrestri captano questi impulsi come picchi su uno schermo, spesso isolati e difficili da ripetere.

FRB 20240209A si comporta in modo diverso. Mentre molte sorgenti brillano una volta sola, questa continua a emettere segnali per mesi interi, tra febbraio e luglio 2024. Gli impulsi si susseguono in modo irregolare: a volte ravvicinati, a volte separati da pause prolungate. Si comporta quasi come un faro che ruota a ritmi imprevedibili.

FRB 20240209A ha resistito per mesi, offrendo agli astronomi un'occasione unica per ricostruire la provenienza del segnale pixel per pixel.

Proprio perché il segnale si ripete, i telescopi di tutto il mondo hanno potuto collaborare, mettere a fuoco la sorgente con crescente precisione e mapparne l'origine esatta. Ed è a quel punto che la storia diventa davvero strana.

Una galassia morta come sorgente sorprendente

Fino a oggi, gli FRB venivano osservati prevalentemente in galassie giovani e attive. Là imperversano le supernove, nascono stelle massive e collidono oggetti compatti come le stelle di neutroni. Ambienti violenti del genere si adattano bene a sorgenti di energia radio estrema.

Nel caso di FRB 20240209A, tutto punta in una direzione diversa. I team internazionali puntano i loro strumenti più potenti verso il piccolo angolo di cielo da cui provengono i lampi radio, combinando immagini ottiche, radiazione infrarossa e altre lunghezze d'onda.

Con loro grande sorpresa, la sorgente proviene da una cosiddetta galassia quiescente. In termini astrofisici, si tratta di una galassia "spenta": quasi nessuna nuova stella si forma al suo interno, il gas è largamente esaurito e il ciclo di nascita e morte stellare appare drasticamente rallentato.

Invece di una giovane e turbolenta culla stellare, a fare da teatro a uno spettacolo radio di energia estrema è una galassia antica e silenziosa.

Questo si scontra frontalmente con il quadro dominante sull'origine degli FRB. I modelli associavano il fenomeno soprattutto a giovani magnetar, stelle di neutroni con campi magnetici straordinariamente intensi, che si formano dopo violente esplosioni di supernova. Stelle di questo tipo si trovano soprattutto in galassie con intensa formazione stellare, non in galassie quiescenti.

Un veterano cosmico di 11,3 miliardi di anni

La galassia d'origine si trova a circa 2 miliardi di anni luce di distanza. Eppure, secondo le analisi, la galassia stessa ha già un'età di circa 11,3 miliardi di anni. Si è formata relativamente poco dopo la comparsa delle prime stelle e ha già percorso la maggior parte della storia cosmica.

Le simulazioni indicano che la galassia ha una forma irregolare e una massa enorme, pari a circa 100 miliardi di volte quella del Sole. Si tratta dunque di un vero e proprio peso massimo tra le galassie ospiti degli FRB.

Con la sua età elevata e la sua grande massa, questa galassia si configura come uno degli ospiti più antichi e massicci mai identificati per una sorgente FRB.

Questo costringe i modelli a contemplare scenari in cui gli FRB possono originarsi anche da popolazioni molto più antiche di oggetti compatti. Forse si tratta di stelle di neutroni in fase di fusione, oppure di magnetar che si attivano tardivamente a causa dell'interazione con una stella compagna o con il buco nero centrale.

Perché FRB 20240209A mette a disagio gli astrofisici

La scoperta tocca diversi punti sensibili della cosmologia e dell'astrofisica moderne. Gli FRB venivano usati con frequenza crescente come strumenti di misura cosmici. Le onde radio attraversano le nubi di gas tra le galassie subendo un leggero ritardo, e da quel ritardo i team cercano di ricavare la quantità di materia presente tra noi e la sorgente.

Se l'origine degli FRB risulta molto più varia di quanto si pensasse, queste misurazioni acquisiscono un livello aggiuntivo di complessità. L'ambiente intorno alla sorgente, il campo magnetico locale e il gas circostante influenzano il segnale. Un quadro errato della sorgente porta inevitabilmente a stime distorte sulla distribuzione della materia.

Inoltre, FRB 20240209A impone una revisione degli scenari relativi al ciclo di vita dei resti stellari compatti. Ambienti più antichi significano scale temporali più lunghe: forse le stelle di neutroni possono raggiungere una configurazione capace di emettere FRB solo dopo miliardi di anni, ad esempio attraverso lente variazioni orbitali nei sistemi binari.

Cosa sappiamo e cosa resta ancora da capire

Una nuova fase per l'astronomia nel dominio del tempo

FRB 20240209A si inserisce in una tendenza più ampia: telescopi che non catturano un'immagine statica del cielo, ma lo monitorano in modo continuo nel tempo. Questo approccio, noto come astronomia nel dominio del tempo, si concentra su tutto ciò che lampeggia, si sposta o compare all'improvviso.

Oltre agli FRB, rientrano in questa categoria i lampi gamma, le supernove, gli eventi di microlensing e le perturbazioni causate dai buchi neri. Ogni classe di fenomeni rivela qualcosa sulla fisica estrema che non è riproducibile in alcun laboratorio terrestre.

Quanto più l'universo viene monitorato nel tempo, tanto maggiore è la probabilità che emergano fenomeni che nessun manuale aveva previsto.

Strumenti come CHIME in Canada, ASKAP in Australia e, in prospettiva, lo Square Kilometre Array produrranno nei prossimi anni un'ondata di nuovi segnali radio. Molti saranno brevi e deboli, alcuni si ripeteranno, altri appariranno una volta sola. Sarà la statistica di questi segnali a determinare quali modelli resisteranno alla prova dei fatti.

Il contributo degli osservatori europei

Anche dai paesi del Nord Europa i ricercatori giocano un ruolo attivo in questa ricerca. Radiotelescopi come LOFAR, con la sua rete di antenne distribuita nel nord-ovest europeo, non captano le frequenze tipiche degli FRB, ma forniscono dati sui fenomeni a bassa energia che aiutano a perfezionare i modelli su magnetar e stelle di neutroni.

Per gli appassionati, la soglia per misurare direttamente gli FRB è alta, ma chi si immerge nella materia può analizzare i dati pubblici di diversi progetti. Alcuni osservatori pubblicano dataset grezzi che permettono ai più appassionati di cercare fenomeni paralleli: piccole variazioni nel rumore di fondo, o coincidenze con lampi ottici segnalati da altre reti.

• Seguire le segnalazioni di nuovi FRB attraverso i cataloghi pubblici dei grandi osservatori radio.
• Confrontare i tempi di rilevamento degli FRB con i database di lampi gamma e osservazioni a raggi X.
• Usare software di simulazione per verificare come diverse galassie ospiti potrebbero distorcere il segnale.

Simulazioni, rischi e opportunità di un nuovo compasso cosmico

Le simulazioni alla base degli studi recenti non sono un lusso, ma una necessità. I ricercatori fanno evolvere galassie virtuali, variano i tassi di formazione stellare, la massa e le riserve di gas, e collocano sorgenti ipotetiche come le magnetar in posizioni diverse. Confrontando poi questi scenari con gli FRB osservati, è possibile stabilire quali ipotesi rimangono credibili.

In questo processo si nasconde un rischio: i modelli possono adattarsi troppo rigidamente a un numero limitato di sorgenti ben studiate. FRB 20240209A ricorda che un singolo oggetto può bastare a ribaltare un'intera teoria. Per questo i team cercano consapevolmente di lasciare spazio alle eccezioni, lavorando con scenari probabilistici invece di un unico modello "corretto".

La grande opportunità sta nell'utilizzo degli FRB come una sorta di bussola cosmica. Se i ricercatori riuscissero a conoscere con maggiore precisione la struttura del gas tra le galassie, ciò contribuirebbe a rispondere a domande sulla materia oscura, sulla crescita delle strutture su larga scala e sulla storia della formazione stellare. Ma questo richiede una comprensione approfondita di tutti gli ambienti possibili in cui gli FRB possono nascere, dalle galassie iperattive al silenzioso gigante quiescente dietro FRB 20240209A.

Chi approfondisce questo nuovo segnale radio si ritrova inevitabilmente a confrontarsi con concetti fondamentali come magnetar, stelle di neutroni, campi magnetici cosmici e ciclo di vita delle galassie. Ogni nuovo segnale costringe i modelli a diventare più flessibili. FRB 20240209A dimostra che anche una galassia "morta" può ospitare una sorgente di attività inattesa, e questo rende la ricerca del prossimo strano segnale radio ancora più appassionante.