Gli astronomi collegano per la prima volta un misterioso lampo radio veloce con le onde gravitazionali

Io e un team di colleghi abbiamo prove appena pubblicate in Astronomia naturale per ciò che potrebbe produrre misteriose esplosioni di onde radio provenienti da galassie lontane, note come radio veloci o FRB.

Due in collisione stelle di neutroni- ciascuno il nucleo super denso di una stella esplosa - ha prodotto un'esplosione di onde gravitazionali quando si sono fuse in un "stella di neutroni sovramassiccia. Il team ha scoperto che due ore e mezza dopo hanno prodotto un FRB quando la stella di neutroni è collassata in un buco nero.

O così pensiamo. La prova chiave che confermerebbe o confuterebbe la nostra teoria - un flash ottico o di raggi gamma proveniente dalla direzione del lampo radio veloce - è scomparsa quasi quattro anni fa. Tra qualche mese, potremmo avere un'altra possibilità per scoprire se abbiamo ragione.

Breve e potente

Gli FRB sono impulsi incredibilmente potenti di onde radio dallo spazio che durano circa un millesimo di secondo. Utilizzando i dati di un radiotelescopio in Australia, l'Australian Square Kilometer Array Pathfinder (CHIEDERE), gli astronomi hanno scoperto che la maggior parte degli FRB proviene da galassie così distanti dalla luce miliardi di anni per raggiungerci. Ma da allora ciò che produce questi lampi di onde radio ha lasciato perplessi gli astronomi un primo rilevamento in 2007.

L'indizio migliore viene da un oggetto nella nostra galassia noto come SGR 1935+2154. È un magnetare, che è una stella di neutroni con campi magnetici circa un trilione di volte più forti di un magnete da frigorifero. Il 28 aprile 2020 ha prodotto a violento scoppio di onde radio—simile a un FRB, anche se meno potente.

Gli astronomi hanno da tempo previsto che due stelle di neutroni, una binaria, si fondessero per produrre a buco nero dovrebbe anche produrre una raffica di onde radio. Le due stelle di neutroni saranno altamente magnetiche e i buchi neri non possono avere campi magnetici. L'idea è che l'improvvisa scomparsa dei campi magnetici quando le stelle di neutroni si fondono e collassano in un buco nero produce un lampo radio veloce. I campi magnetici mutevoli producono campi elettrici: è così che la maggior parte delle centrali elettriche produce elettricità. E l'enorme cambiamento nei campi magnetici al momento del collasso potrebbe produrre gli intensi campi elettromagnetici di un FRB.

La ricerca della pistola fumante

Per testare questa idea, Alexandra Moroianu, una studentessa magistrale presso l'Università dell'Australia occidentale, ha cercato la fusione di stelle di neutroni rilevate dal Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) negli Stati Uniti. Le onde gravitazionali ricercate da LIGO sono increspature nello spaziotempo, prodotte dalle collisioni di due oggetti massicci, come le stelle di neutroni.

LIGO ha trovato due fusioni binarie di stelle di neutroni. Fondamentalmente, il secondo, noto come GW190425, si è verificato quando un nuovo telescopio per la caccia agli FRB ha chiamato CHIME era anche operativo. Tuttavia, essendo nuovo, CHIME ha impiegato due anni per rilasciare il suo primo batch di dati. Quando lo fece, Moroianu identificò rapidamente un lampo radio veloce chiamato FRB20190425A avvenuta solo due ore e mezza dopo GW190425.

Per quanto eccitante fosse, c'era un problema: solo uno dei due rilevatori di LIGO stava funzionando in quel momento, rendendolo molto incerto da dove provenisse esattamente GW190425. In effetti, c'era una probabilità del cinque percento che potesse essere solo una coincidenza.

Peggio ancora, il Fermi satellite, che avrebbe potuto rilevare i raggi gamma dalla fusione - la "pistola fumante" che conferma l'origine di GW190425 - è stato bloccato dalla Terra al tempo.

Improbabile che sia una coincidenza

Tuttavia, l'indizio critico era che gli FRB tracciano la quantità totale di gas che hanno attraversato. Lo sappiamo perché le onde radio ad alta frequenza viaggiano più velocemente attraverso il gas rispetto alle onde a bassa frequenza, quindi la differenza di tempo tra loro ci dice la quantità di gas.

Perché conosciamo il densità media del gas dell'universo, possiamo mettere in relazione questo contenuto di gas con la distanza, nota come distanza relazione di Mcquart. E la distanza percorsa da FRB 20190425A era una corrispondenza quasi perfetta per la distanza da GW190425. Tombola!

Quindi, abbiamo scoperto la fonte di tutti gli FRB? No. Non ci sono abbastanza stelle di neutroni in fusione nell'universo per spiegare il numero di FRB: alcuni devono ancora provenire da magnetar, come SGR 1935+2154.

E anche con le prove, c'è ancora una possibilità su 1 che possa trattarsi di una gigantesca coincidenza. Tuttavia, LIGO e altri due rilevatori di onde gravitazionali, Vergine ed KAGRA, Volontà riaccendere a maggio di quest'anno, e sii più sensibile che mai, mentre CHIME e altri radiotelescopi sono pronti a rilevare immediatamente qualsiasi FRB da fusioni di stelle di neutroni.

In pochi mesi, potremmo scoprire se abbiamo fatto un passo avanti fondamentale o se è stato solo un fuoco di paglia.

Clancy W. James desidera ringraziare Alexandra Moroianu, l'autrice principale dello studio; i suoi coautori, Linqing Wen, Fiona Panther, Manoj Kovalem (University of Western Australia), Bing Zhang e Shunke Ai (University of Nevada); e il suo defunto mentore, Jean-Pierre Macquart, che ha verificato sperimentalmente la relazione gas-distanza, che ora prende il suo nome.

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.

Immagine di credito: CSIRO/Alex Cherney

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• Fonte: https://singularityhub.com/2023/03/30/for-the-first-time-astronomers-have-linked-a-mysterious-fast-radio-burst-with-gravitational-waves/