Gli astronomi hanno analizzato il segnale proveniente da un lampo radio veloce, un’esplosione enigmatica di onde radio cosmiche della durata di meno di un millisecondo, per caratterizzare il gas diffuso nell’aureola di un’enorme galassia.

Un vasto alone di gas a bassa densità si estende ben oltre la parte luminosa di una galassia in cui le stelle sono concentrate. Sebbene questo gas caldo e diffuso rappresenti più della massa di una galassia rispetto alle stelle, è quasi impossibile da vedere. Nel novembre 2018 gli astronomi hanno rilevato un rapido scoppio radio che, sulla sua strada verso la Terra, è passato attraverso l’aureola di un’enorme galassia consentendo loro per la prima volta di ottenere indizi sulla natura dell’alone di gas da un segnale radio inafferrabile.

“Il segnale del lampo radio veloce ha rivelato la natura del campo magnetico attorno alla galassia e la struttura del gas nell’alone.  Lo studio dimostra l’efficacia di una nuova tecnica rivoluzionaria per esplorare la natura degli aloni delle galassie», ha dichiarato J. Xavier Prochaska, professore di astronomia e astrofisica all’Università della California a Santa Cruz e autore principale di un articolo che presenta i nuovi risultati pubblicati oggi dalla rivista Science.

Gli astronomi non sanno ancora cosa produca  i lampi radio veloci e solo recentemente sono stati in grado di rintracciare alcuni di questi segnali radio molto brevi e molto luminosi sulle galassie da cui hanno avuto origine. L’esplosione del novembre 2018 (denominata FRB 181112) è stata rilevata e localizzata dallo strumento che ha aperto la strada a questa tecnica, il radiotelescopio CSKRO Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP). Le osservazioni di follow-up con altri telescopi hanno identificato non solo la sua galassia ospite ma anche una galassia luminosa di fronte ad essa.

Quando abbiamo sovrapposto le immagini radio e alle immagini ottiche, abbiamo potuto vedere subito che il lampo radio veloce ha attraversato l’alone di questa galassia che si trova casualmente sulla nostra linea di vista e, per la prima volta, abbiamo avuto un modo diretto di indagare sulla materia altrimenti invisibile che circonda questa galassia” ha detto la coautrice Cherie Day presso la Swinburne University of Technology, in Australia.

Un alone galattico contiene sia materia oscura che ordinaria – o barionica – principalmente sotto forma di un gas ionizzato caldo. Mentre il corpo luminoso di una galassia massiccia potrebbe arrivare fino a circa 30mila anni luce, il suo alone approssimativamente sferico ha un diametro dieci volte maggiore. Il gas dell’alone alimenta la formazione stellare cadendo verso il centro della galassia, mentre altri processi, come le esplosioni di supernova, possono espellere materiale dalle regioni che formano le stelle verso l’alone galattico. Una delle ragioni per cui gli astronomi vogliono studiare il gas dell’alone è capire meglio questi processi di espulsione che possono arrestare la formazione stellare.

«L’alone di questa galassia è sorprendentemente tranquillo», ha affermato Prochaska. «Il segnale radio è stato disturbato pochissimo dalla galassia, in netto contrasto con ciò che i modelli precedenti avevano previsto che sarebbe accaduto».

Un alone galattico contiene sia la materia oscura che la materia ordinaria (“barionica”), che si prevede sia principalmente gas ionizzato caldo. Mentre la parte luminosa di un’enorme galassia potrebbe avere una larghezza di circa 30.000 anni luce, il suo alone approssimativamente sferico è dieci volte più grande. Il gas Halo alimenta la formazione stellare mentre cade verso il centro della galassia, mentre altri processi (come le esplosioni di supernova) possono espellere materiale dalle regioni che formano le stelle e nell’alone galattico. Una delle ragioni per cui gli astronomi vogliono studiare il gas di alone è capire meglio questi processi di espulsione, che possono arrestare la formazione di stelle.

Il gas alone è un reperto fossile di questi processi di espulsione, quindi le nostre osservazioni possono informare le teorie su come viene espulsa la materia e su come i campi magnetici vengono fatti passare attraverso le galassie“, ha detto Prochaska.

Soon after the Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) radio telescope pinpointed a fast radio burst, named FRB 181112, ESO’s Very Large Telescope (VLT) took this image and other data to determine the distance to its host galaxy (FRB 181112 location indicated by the white ellipses). The analysis of these data revealed that the radio pulses have passed through the halo of a massive galaxy (at the top of the image) on their way toward Earth.

Il segnale di Frb181112 era composto da pochi impulsi, ciascuno di durata inferiore a 40 microsecondi (10mila volte più breve di un battito di ciglia). La breve durata degli impulsi pone un limite superiore alla densità del gas dell’alone perché il passaggio attraverso un mezzo più denso amplierebbe la durata del segnale radio. I ricercatori hanno calcolato che la densità del gas dell’alone deve essere inferiore a 0,1 atomi per centimetro cubo (equivalente a diverse centinaia di atomi in un volume delle dimensioni di un palloncino).

«Come l’aria che vibra in una calda giornata estiva, l’atmosfera tenue di questa galassia massiccia dovrebbe deformare il segnale del lampo radio veloce. Invece abbiamo ricevuto un impulso così incontaminato e nitido che non vi troviamo alcuna impronta del gas», ha affermato il coautore Jean-Pierre Macquart, astronomo dell’International Center for Radio Astronomy Research presso la Curtin University, Australia.

Lo studio non ha trovato prove della presenza di nuvole fredde turbolente o di piccoli grumi densi di gas freddo di alone. Il lampo radio veloce ha anche fornito informazioni sul campo magnetico dell’alone, che è risultato molto debole, un miliardo di volte più debole di quello di un magnete da frigorifero.

A questo punto, con i risultati di un solo alone galattico, i ricercatori non possono dire se la bassa densità e la bassa intensità del campo magnetico che hanno misurato sono insolite o se gli studi precedenti sugli aloni galattici avevano prodotto una stima per eccesso di queste proprietà. Prochaska ha dichiarato di aspettarsi che Askap e altri radiotelescopi useranno i lampi radio veloci per studiare molti più aloni galattici e risolverne le proprietà.

«Questa galassia potrebbe essere speciale», ha detto. «Avremo bisogno di lampi radio veloci per studiare decine o centinaia di galassie su un vasto intervallo di masse ed età per valutare l’intera popolazione». I telescopi ottici come il Vlt dell’Eso svolgono un ruolo importante, rivelando quanto è lontana la galassia che ospita il singolo lampo, ma anche se il lampo è passato attraverso l’alone di una qualsiasi galassia in primo piano.

Fonte: comunicato stampa Eso

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