Webb trova la galassia ospite del lampo radio veloce più lontano

Un lampo che dura millisecondi

I lampi radio veloci (FRB, dall’inglese fast radio burst) sono impulsi di onde radio della durata di millisecondi che ci arrivano da altre galassie. Il primo è stato scoperto nel 2007 in dati d’archivio raccolti per cercare pulsar. La maggior parte si osserva una sola volta; una minoranza si ripete.

Lungo il tragitto ogni impulso attraversa gas rarefatto ed elettricamente carico, che fa arrivare le frequenze radio più basse in ritardo rispetto a quelle più alte. Da questo ritardo gli astronomi calcolano la misura di dispersione, cioè il conteggio degli elettroni liberi lungo l’intero percorso. Per FRB 20240304B era insolitamente grande, indizio di una sorgente molto lontana; ma può gonfiarla anche il gas denso vicino alla sorgente o negli ammassi di galassie incontrati lungo la strada. Solo lo spostamento verso il rosso (redshift) della galassia ospite permette di stabilire la distanza.

Dalla posizione radio al redshift

MeerKAT è una schiera di 64 antenne paraboliche distribuite su 8 km. Il lampo è stato captato alle 00:50 UTC da MeerTRAP, un sistema che cerca segnali brevi. Il rilevamento ha indotto MeerTRAP a salvare 300 millisecondi di dati grezzi dalle 62 antenne allora in funzione: abbastanza per localizzare il lampo con una precisione di circa mezzo secondo d’arco, meno di un tremillesimo del diametro apparente della Luna piena.

Le immagini profonde riprese da terra con i telescopi Keck e MMT, in quel punto, non mostravano nulla. Lo strumento NIRCam di Webb ha poi trovato una debole galassia a circa 0,3 secondi d’arco dalla posizione del lampo; secondo i calcoli dei ricercatori, la probabilità che sia la galassia ospite è del 97,5%. Lo spettrografo NIRSpec di Webb ha misurato la luce emessa dal suo idrogeno e dal suo ossigeno e ne ha ricavato un redshift di 2,148: la luce che la galassia ha emesso nel visibile ci arriva nell’infrarosso, con lunghezze d’onda circa tre volte maggiori di quelle originali.

Perché la distanza conta: quanto gas c’è tra le galassie

Più di tre quarti della materia ordinaria dell’universo sono gas diffuso tra le galassie e attorno a esse, troppo rarefatto per essere visto. Confrontando la misura di dispersione di un lampo con la sua distanza si può stimare quanto ce n’è. Nel 2020 il gruppo di Jean-Pierre Macquart l’ha fatto con una manciata di lampi, e la quantità di materia ordinaria trovata concordava con quanto prevedono le misure dell’universo primordiale. FRB 20240304B estende il metodo a un percorso che copre circa l’80% della storia cosmica.

Il segnale ha attraversato più elettroni liberi di quanti se ne incontrino di solito su un percorso di quella lunghezza. I ricercatori hanno attribuito circa metà dell’eccesso a due strutture lungo la linea di vista: l’Ammasso della Vergine, a circa 54 milioni di anni luce, e un gruppo di galassie finora sconosciuto a redshift 0,31. Inoltre l’impulso è arrivato molto allungato nel tempo, probabilmente soprattutto per effetto del gas della sua stessa galassia, e gli autori concludono che le ricerche attuali si lasciano sfuggire un’intera popolazione di lampi allungati in questo modo.

L’origine dei lampi resta una questione aperta

I candidati principali sono due tipi di sorgente. Le coppie di stelle di neutroni, secondo le previsioni, impiegano miliardi di anni per avvicinarsi a spirale fino a fondersi, quindi le fusioni dovrebbero avvenire soprattutto in galassie vecchie. Una magnetar, cioè una giovane stella di neutroni con un campo magnetico estremamente intenso, può formarsi entro pochi milioni di anni da un episodio di formazione stellare, quindi dovrebbe trovarsi soprattutto in galassie che formano ancora stelle. Le galassie ospiti di FRB conosciute sono per lo più grandi galassie che formano stelle; quella di FRB 20240304B ha circa un millesimo della massa attesa e produce stelle così in fretta che, al ritmo attuale, avrebbe potuto formarle tutte in circa 50 milioni di anni: le sue stelle sono giovani. Per questo i ricercatori ritengono che in questo caso una fusione sia molto improbabile. Nel 2020 una magnetar della nostra Galassia, SGR 1935+2154, ha prodotto un lampo radio simile, circa 40 volte più debole del lampo extragalattico meno intenso.

Eppure nel 2022 un FRB ripetitivo è stato ricondotto a un ammasso globulare della galassia M81: una densa sfera di stelle molto vecchie, dove non dovrebbero formarsi giovani magnetar. Non si sa ancora se i lampi isolati e quelli che si ripetono abbiano la stessa causa.

Niente di tutto questo si può vedere con l’attrezzatura di un astrofilo: il lampo è durato millisecondi e la galassia ospite è decisamente troppo debole. La galassia si trova nella costellazione della Vergine, circa 12° a nord dell’equatore celeste, in una regione visibile da entrambi gli emisferi, tranne che dall’estremo sud.