Rilevati impulsi radio giganti nella “crab nebula”

Una collaborazione scientifica internazionale ha osservato la Nebulosa del Granchio – o Crab Nebula, simultaneamente nei raggi X e nella banda radio, e ha trovato un eccesso di emissione X che accompagna i lampi radio della pulsar al centro della nebulosa durante le emissioni di impulsi radio giganti (giant radio pulses).

Il team, guidato da scienziati del RIKEN Cluster for Pioneering Research, ha utilizzato osservazioni coordinate della pulsar del granchio (PSR B0531+21 o PSR J0534+2200) in un certo numero di frequenze. La ricerca, pubblicata su Science, ha evidenziato che gli impulsi sono centinaia di volte più energetici di quanto si riteneva in passato e potrebbero offrire importanti indizi sul misterioso fenomeno dei “lampi radio veloci” (FRB).

Le osservazioni sono state condotte tra il 2017 e il 2019 utilizzando il telescopio della Nasa “Neutron star Interior Composition Explorer” o NICE installato a bordo della Stazione spaziale internazionale e diversi radiotelescopi giapponesi basati a terra.

Gli impulsi radio giganti sono un fenomeno in cui vengono emessi impulsi di onde radio della durata di millisecondi. Gli impulsi sono stati associati una dozzina di pulsar presenti nella Via Lattea, ma poco si sa del meccanismo alla base del fenomeno. È stato proposto che possano essere l’origine degli “FRB”, esplosioni rapide di onde radio che potrebbero essere prodotti da fenomeni extragalattici.

Breve storia delle pulsar

Le pulsar sono stelle di neutroni magnetizzate e in rapida rotazione che emettono onde radio a intervalli brevi e regolari. Il nome è la contrazione di pulsating radio source (radiosorgente pulsante). La prima pulsar fu scoperta nel 1967, e la sua emissione cadenzata fu inizialmente scambiata per un segnale radio emesso da una civiltà extraterrestre.

la scoperta delle pulsar si deve a Jocelyn Bell che dedicò tutte le sue energie prima alla realizzazione di un nuovo radiotelescopio, il Mullard Radio Astronomy Observatory, terminato nel 1967, poi allo studio delle anomalie nei dati ottenuti.

Dopo poche settimane la Bell colse un segnale anomalo che occupava appena 5 millimetri ogni 500 metri nei tabulati cartacei. L’oscillazione si manifestava a intervalli di 1,34 secondi, proveniva sempre dalla stessa regione del cielo e sembrava spostarsi nella volta celeste alla stessa velocità delle altre stelle.

Dopo aver escluso il segnale che fosse prodotto da interferenze umane o che si trattasse di un messaggio alieno, la Bell individuò altri tre segnali con periodicità diverse e in tre differenti regioni della volta celeste: Il segnale era emesso da stelle, astri particolari che chiamo pulsar.

L’emissione è causata alla velocissima rotazione della pulsar, che emette radiazioni nella direzione del suo asse magnetico. Se l’asse di rotazione e quello magnetico non coincidono, il flusso di radiazioni investe la il nostro pianeta a ogni rotazione, come fosse un faro.

La maggior parte degli impulsi ha un’intensità costante, ma qualche volta si osserva un aumento della luminosità che causa l’emissione di impulsi radio giganti. La causa di questi imprevedibili “impulsi radio giganti” è ancora sconosciuta. Si tratta di emissioni sporadiche della durata di pochi microsecondi, che possono essere migliaia di volte più luminosi dei normali impulsi provenienti da queste sorgenti. 

Nuovi dati sugli “impulsi radio giganti”

Per ottenere ulteriori dati sulle pulsar e sugli impulsi radio giganti, il gruppo guidato dal RIKEN ha effettuato osservazioni coordinate della pulsar del granchio, una delle pulsar più famose e meglio studiate. L’esplosione di questa stella in una supernova fu osservata dagli astronomi cinesi e giapponesi nell’anno 1054 e portò alla nascita della Nebulosa del Granchio ancora oggi visibile.

I ricercatori de RIKEN hanno cercato di capire se fosse evidente un aumento delle emissioni di raggi X associato agli impulsi radio giganti. Infatti, nonostante i decenni di osservazione i ricercatori finora non erano stati in grado di effettuare rilevamenti inequivocabili. 

Le osservazioni si sono basate su una campagna internazionale coordinata di simultanee radiografie effettuate dallo spazio e da terra. Le osservazioni spaziali condotte con NICER, un nuovo strumento installato a bordo della ISS e le osservazioni radio fatte da terra con due osservatori installati in Giappone.

Il gruppo ha lavorato allo studio degli impulsi radio giganti per tre anni e alla fine ha trovato un segnale chiaro, “cinque sigma superiore” che indica un aumento delle emissioni di raggi X associato all’aumento della lunghezza d’onda radio.

L’aumento delle emissioni rilevato nella banda dei raggi X era simile a quella precedentemente riportata nella banda visibile, ma nulla di simile è mai stato riscontrato in nessuna delle altre 2.800 pulsar note fino ad oggi. Secondo Teruaki Enoto, il leader di Extreme Natural Phenomena RIKEN Hakubi Research Ream, “Le nostre misurazioni implicano che questi impulsi giganti sono centinaia di volte più energetici di quanto si pensasse”.

La scoperta pone importanti vincoli ai modelli del fenomeno FRB. Si ritiene che queste misteriose esplosioni radio extragalattiche della durata di millisecondi, siano associati alle stelle pulsar e forse a quelle giovani come la pulsar della nebulosa del Granchio. 

Secondo Enoto, la relazione tra gli impulsi radio giganti e le emissioni FRB è ancora da appurare e i risultati della ricerca, insieme alle prossime scoperte riguardanti le esplosioni radio veloci, ci aiuteranno a scoprire se esiste una relazione esiste tra questi fenomeni.

Il nostro risultato, ha aggiunto Enoto, non solo ha un grande impatto sulle pulsar e sulla scienza degli FRB, ma rappresenta un’eredità adeguata per il telescopio Kashima da 34 m, che è stato uno strumento prezioso per la radioastronomia ma è stato irreparabilmente danneggiato da un tifone nel 2019.