Un nuovo modello teorico fa luce sui misteriosi lampi radio veloci

Nel 2007, l’astrofisico americano Duncan Lorimer e i suoi studenti stavano cercando tra i dati d’archivio le pulsar – i resti del nucleo pulsante di una stella che esplose in una supernova (la potente e luminosa esplosione di una stella) alla fine della sua vita. Analizzando i dati, hanno notato uno strano picco di potenza che è durato solo pochi millisecondi. Lo chiamarono Lorimer Burst, che in seguito fu conosciuto come Fast Radio Burst (FRB). Si è trattato di un breve impulso che ha rilasciato enormi quantità di energia, equivalenti all'energia che il nostro sole produce in 3 giorni. Ad oggi sono stati segnalati più di 700 FRB e la loro origine può essere rintracciata in tutto l’universo. Alcuni di questi impulsi, chiamati FRB, si ripetono più volte, sebbene appaiano casuali e senza un periodo di tempo distinguibile. Tuttavia, l’origine di questi fenomeni cosmici transitori e ad alta energia rimane avvolta nel mistero.

Sono stati fatti molti tentativi per spiegare gli FRB, compresi alcuni che invocano la fisica esotica come la fusione di buchi neri primordiali e stringhe cosmiche, minuscole crepe nel tessuto dello spazio-tempo. Tuttavia, nessuna delle spiegazioni spiega in modo esauriente i lampi radio veloci. Affinché la teoria possa spiegare l’FRB, deve giustificare le tre proprietà principali dei lampi radio veloci: la loro energia estremamente elevata chiamata flusso di picco, la scala temporale estremamente breve dell’impulso chiamata larghezza dell’impulso e la natura coerente dell’impulso. dove sono presenti le onde elettromagnetiche. In una fase.

Presso l'Indian Institute of Technology Bombay (IIT Bombay), il professor Shankaranarayanan e i membri del suo gruppo, il dottor Ashu Kushwaha e il dottor Sunil Malik (attualmente ricercatore post-dottorato a Potsdam, in Germania), hanno studiato l'origine dei lampi radio veloci. Nel nuovo Studio pubblicato su Monthly Notice della Royal Astronomical SocietyOra hanno proposto un meccanismo che spiega tre proprietà dei lampi radio veloci. Secondo il loro studio, i lampi radio veloci (FRB) vengono generati quando le onde gravitazionali ad alta frequenza (HFGW) interagiscono con forti campi magnetici.

“Mentre analizzavamo le proprietà di queste esplosioni, abbiamo scoperto che un meccanismo naturale per convertire l'energia da una forma all'altra potrebbe spiegare queste osservazioni. Quando abbiamo calcolato la conversione dell'energia delle onde gravitazionali in onde elettromagnetiche in presenza di un forte campo magnetico, tutto le proprietà necessarie erano risultati naturali.” Il professor Shankaranarayanan osserva mentre descrive come il loro modello spieghi le tre proprietà principali dei lampi radio veloci.

Le onde gravitazionali sono increspature nel tessuto dello spazio-tempo. Proprio come un sasso lanciato nell’acqua provoca increspature sulla superficie dell’acqua, eventi energetici nell’universo, come supernove o oggetti cosmici che si muovono a spirale l’uno nell’altro, causano increspature nel tessuto dello spazio-tempo, generando un’onda gravitazionale. Come la loro controparte elettromagnetica, anche le onde gravitazionali hanno uno spettro che va dalle onde a bassa frequenza (da kilohertz a millihertz) generate da un evento a bassa energia come una collisione stellare, alle onde ad altissima frequenza (da megahertz (MHz) a gigahertz (GHZ) ) frequenze, causate da eventi estremi come le collisioni di piccoli buchi neri. Secondo lo studio dell’IIT Bombay, le onde gravitazionali con frequenze comprese tra MHz e GHZ generano FRB di breve durata quando interagiscono con un forte campo magnetico perpendicolare all’onda.

La loro ipotesi è incentrata su un meccanismo chiamato effetto Gertsenstein-Zeldovich, dove in presenza di un forte campo magnetico, parte dell'energia di un'onda gravitazionale viene trasformata in onde elettromagnetiche, come le onde radio.

“Gertsenstein e Zeldovich identificarono e studiarono il meccanismo di conversione dell'energia negli anni '60 e '70. Può essere inteso come 'conversione dell'energia' come la conversione dell'energia meccanica in energia elettrica nei mulini a vento. Allo stesso modo, nel meccanismo di Gertsenstein-Zeldovich, l'energia delle onde gravitazionali in arrivo converte parte della loro energia in onde elettromagnetiche in presenza di un forte campo magnetico trasversale”, spiega il professor Shankaranarayanan.

Il nuovo studio dell’IIT Bombay suggerisce che le stelle di neutroni o le magnetar potrebbero fornire il forte campo magnetico necessario per generare lampi radio veloci. Le stelle di neutroni sono i nuclei collassati di stelle con una massa da 10 a 25 volte la massa del Sole esplosa in una supernova, mentre le magnetar sono stelle di neutroni con un campo magnetico estremamente forte. Si ritiene che le stelle di neutroni costituiscano circa l'1% di qualsiasi galassia, dandoci miliardi di potenziali fonti di lampi radio veloci per galassia. Tuttavia, le probabilità di rilevare un simile evento FRB non sono elevate. La bassa probabilità di rilevamento è dovuta a due fattori che devono essere confermati: in primo luogo, l’onda gravitazionale deve passare attraverso la stella di neutroni o magnetar perpendicolarmente al suo campo magnetico, e in secondo luogo, le esplosioni elettromagnetiche risultanti devono viaggiare lungo la stella di neutroni o magnetar. Linea di vista dell'osservatore. In altre parole, deve indicarci la strada affinché possiamo vederlo.

L’ipotesi proposta potrebbe spiegare una questione di vecchia data in astronomia sull’origine dei lampi radio veloci, senza ricorrere ad alcuna fisica esotica che invochi fenomeni o oggetti teorici o non osservati, come le stringhe cosmiche e i buchi neri primordiali. Inoltre, il meccanismo fornisce anche un nuovo modo di osservare le onde gravitazionali oltre le attuali capacità di rilevamento.

Con esperimenti come l’interferometro laser delle onde gravitazionali, gli interferometri Virgo e gli esperimenti nanoGrav, l’umanità sta appena iniziando a esplorare l’universo tramite onde gravitazionali, ma queste rilevano solo onde a bassa frequenza a frequenze kilohertz (kHz) e nanohertz (nHz). Sebbene siano stati costruiti sistemi di rilevamento delle onde gravitazionali megahertz e gigahertz, come il rilevatore GW australiano ad alta frequenza o il rilevatore GW giapponese da 100 MHz, questi possono richiedere anni o addirittura decenni per rilevare le onde ad alta frequenza. Il nuovo modello fornisce gli FRB come prova conclusiva per il rilevamento indiretto degli HFD, laddove l’osservazione degli FRB indica la presenza di HFB anziché rilevarli direttamente.

Il team dietro lo studio è passato a un compito più impegnativo: spiegare la frequenza dei lampi radio veloci.

“Dato che gli FRB non hanno alcun periodo specifico di ripetizione, è molto noioso spiegarli. Stiamo pensando a possibili modi per estendere il nostro modello per studiare le proprietà degli FRB in futuro.