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Grazie all’avvento di strumenti con ampi campi di vista e grandi capacità di rilevamento, gli astronomi stanno scoprendo sempre più classi di sorgenti rapidamente variabili. I lampi di raggi gamma (gamma-ray burst, GRB), i lampi radio veloci (fast radio burst, FRB) e le onde gravitazionali (gravitational waves, GW) ci consentono di sondare ambienti altamente energetici e imprevedibili, come quelli legati alla morte di stelle massicce o alla fusione di oggetti compatti. In alcuni casi, manca ancora una visione chiara della natura dei sistemi che producono questi brevi eventi. L’IRA è coinvolta nelle osservazioni radio ad alta risoluzione angolare, che svolgono un ruolo chiave nella realizzazione di immagini di questi sistemi.

 

Staff di ricerca: G. Bernardi, F. D’Ammando, M. Giroletti,  G. Migliori, M. Orienti

Collaboratori: N. Locatelli, N. Marchili

 

 

Lampi radio veloci

I FRB sono lampi molto brevi (dalla durata di alcuni millisecondi) di emissione radio continua che mostrano elevate misure di dispersione, ben maggiori del contributo Galattico atteso nella direzione del lampo. Questo fatto indica che le esplosioni hanno una origine extragalattica. I FRB sono uno dei misteri dell’astrofisica poiché la loro scoperta all’inizio di questo secolo è stata del tutto inaspettata. Non è chiaro se formino una classe omogenea o necessitino di classificazioni più fini. Per fare chiarezza sulla loro natura è importante acquisire campioni più ampi di oggetti, allo scopo di stabilire le proprietà della popolazione (distribuzione in luminosità, spettri ecc.), da confrontare con i modelli. Grazie alla sua capacità di osservare rapidamente grandi regioni di cielo, l’interferometro Croce del Nord è attualmente utilizzato per aumentare il numero di FRBs conosciuti. Benché la maggior parte degli FRB attualmente noti siano eventi una tantum, suggerendo la loro associazione a eventi catastrofici, si sta scoprendo un numero sempre crescente di FRB ripetuti. Gli FRB ripetuti sono particolarmente utili poiché offrono la possibilità di eseguire osservazioni puntate ad alta risoluzione angolare, ad esempio con la tecnica VLBI, in grado di localizzarne la posizione. Una accurata localizzazione è il passaggio fondamentale per comprendere l’ambiente che circonda il fenomeno, fornendo indicazioni sull’origine dell’FRB e sulle sue proprietà fisiche.

 

Onde gravitazionali

Dopo essere stata predetta da Albert Einstein nel 1915, l’esistenza delle onde gravitazionali fu finalmente dimostrata un secolo dopo, quando interferometri dedicati rivelarono per la prima volta una piccolissima perturbazione dello spazio a seguito della fusione di una coppia di buchi neri avvenuta a diversi Mpc di distanza da noi. Questa scoperta ha avviato un metodo completamente nuovo per indagare l’Universo e sondare fenomeni altrimenti inaccessibili. La maggior parte degli eventi scoperti dagli attuali rilevatori di GW è dovuta alla fusione di buchi neri binari, fenomeno che non dà origine a radiazioni elettromagnetiche rilevabili. Nell’agosto 2017 è stata rilevata per la prima volta la fusione di stelle di neutroni binarie,  manifestatasi simultaneamente come GW ed emissione di radiazione elettromagnetica. IRA è stato coinvolto in osservazioni con la rete VLBI globale, di alta sensibilità, che hanno rivelato i dettagli del getto formatosi dopo tale evento gravitazionale dimostrando il potenziale dell’astrofisica multi-messaggero. Oltre a permetterci di comprendere la fisica degli eventi stessi, il confronto tra le onde gravitazionali e i segnali elettromagnetici può fornire preziose informazioni sulla velocità di espansione dell’Universo e sulla costante di Hubble.

 

Lampi di raggi gamma

I GRB sono brevi lampi di emissione altamente energetica (keV – GeV) prodotti negli stadi successivi all’esplosione di una stella massiccia o alla fusione di due oggetti compatti, ad esempio una coppia di stelle di neutroni. Questi eventi generano un getto relativistico che perfora il denso materiale circostante. Quando la linea di vista si trova all’interno dell’angolo di apertura del getto, la forte amplificazione (beaming) della radiazione emessa rende l’evento chiaramente visibile attraverso la maggior parte dello spettro elettromagnetico. Ciò rende i GRB laboratori ideali per studiare le fasi finali dell’evoluzione stellare, le regioni che circondano i resti stellari molto densi e compatti e la fisica dei getti relativistici. Alle frequenze della banda radio, l’emissione del getto rimane rilevabile per scale temporali molto più lunghe, anche per mesi. IRA è coinvolto nelle osservazioni di follow-up con il VLBI, una tecnica unica per visualizzare la struttura del getto e monitorarne l’evoluzione, fornendo informazioni cruciali sulla fisica del getto, del mezzo circostante e sulla loro interazione. Inoltre, poiché il beaming ci permette di osservare i GRB fino a distanze cosmologiche, questi oggetti celesti sono anche eccellenti sonde delle condizioni dell’Universo primordiale e dell’ambiente interposto.

 

Microquasars

I microquasar sono sistemi binari formati da un oggetto compatto – un buco nero stellare (BH) o una stella di neutroni – e una stella compagna da cui l’oggetto compatto acquisisce materia. Il processo di accrescimento è accompagnato da discrete espulsioni di plasma sotto forma di getti che si muovono a velocità relativistica, in modo simile a quanto si osserva in alcuni AGN che ospitano BH supermassicci. Nei microquasar, tuttavia, le tempistiche tipiche dei fenomeni di accrescimento ed espulsione sono molto più brevi rispetto agli AGN, aprendo alla possibilità di osservarne l’evoluzione in tempo reale. All’IRA, in collaborazione con gruppi internazionali, si utilizzano osservazioni multi-banda dal radio (JVLA, ATCA) all’X (Chandra) dei getti dei microquasar per indagarne la fisica e l’interazione con il mezzo interstellare.

 

 

Crediti
Figura A: da Ghirlanda et al., Science 363, 968-971, 2019 (DOI: 10.1126/science.aau8815). Riproduzione autorizzata da AAAS
Figura B: a sinistra: NASA/CXC; a destra: CXC/M.Weiss