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Lampi Radio

Radioastronomia
 
 


APPUNTI DI RADIOASTRONOMIA
a cura di Giovanni Lorusso IK0ELN
IARA Group, SAIt, SdR Radioastronomia UAI



 
Una pulsar, nome che stava originariamente per sorgente radio pulsante, è una stella di neutroni, nome derivante dal fatto che contiene 20 volte più neutroni che protoni. Nelle prime fasi della sua formazione, in cui ruota molto velocemente, la sua radiazione elettromagnetica in coni ristretti è osservata come impulsi emessi ad intervalli estremamente regolari. Nel caso di pulsar ordinarie, la loro massa è pari a quella del Sole, ma è compressa in un raggio di una decina di chilometri, quindi la loro densità è enorme. Il fascio di onde radio emesso dalla stella è causato dall'azione combinata del campo magnetico e della rotazione. Le pulsar si formano quando una stella esplode come supernova II, mentre le sue regioni interne collassano in una stella di neutroni congelando ed ingigantendo il campo magnetico originario. La velocità di rotazione alla superficie di una pulsar è variabile e dipende dal numero di rotazioni a secondo sul proprio asse e dal suo raggio. Nel caso di pulsar con emissioni a frequenze del kHz la velocità superficiale può arrivare ad essere una frazione significativa della velocità della luce, a velocità di 70.000 km/s.



LAMPI RADIO
 
 
Premessa
Mi rendo conto che l’argomento riportato in questo articolo non è di facile lettura per i non addetti ai lavori; ma mi sono veramente impegnato per renderlo più fruibile, cercando di smussare gli angoli difficili che lo renderebbero tedioso. Tuttavia confido su quell’intrepido desiderio radioamatoriale di giungere sempre più lontano, ed anche nella cultura scientifica.
 
Ed allora entriamo in punta di piedi in uno strano fenomeno rilevato dal Parkes Radio Telescope, che ha sede nel sud dell’Australia. Era il 2007 quando l'analisi dei dati raccolti il 24 luglio 2001 dal radiotelescopio Parkes portò all'individuazione di qualcosa di strano: un enorme lampo in banda radio (Fig.1). Un lampo molto luminoso nello spettro radio, e più precisamente, tra i 300 GHz e i 30 KHz. Questo segnale, in seguito alla successiva scoperta di ulteriori lampi di natura simile, fu battezzato FRB, FAST RADIO BURST, seguito dalla data dell'evento. Il primo lampo in banda radio catturato nel 2001 e riconosciuto sei anni più tardi, noto anche come "Lampo di Lorimer", presentava una durata inferiore ai 5 millisecondi ed una provenienza prossima alla Grande Nube di Magellano; con una distanza stimata attorno al gigaparsec, ovvero a 3,26 miliardi di anni luce; quindi una origine extra-galattica. Adesso ripercorriamo la scoperta di questo Burst: … Il Professore Ducan Lorimer, Astrofisico (Fig.2) presso la West Virginia University – Department of Phisics and Astronomy, nel 2071 annunciò l’osservazione in banda radio di un lampo di elevata intensità, della durata inferiore a 5 millisecondi, proveniente da una regione del cielo a destra della Piccola Nube di Magellano. Successivamente il fenomeno divenne noto come il "lampo di Lorimer". Ma i successivi dati rilevati non mostrarono la ripetizione di altri fenomeni simili nella stessa zona. Per cui si ipotizzò a qualcosa di catastrofico e irripetibile per un corpo celeste, ad esempio: la morte di una stella (Una Supernova). Ma così non fu, perché il fenomeno dei Lampi Radio si è più volte ripetuto; e anche se il numero degli eventi registrati si mantiene basso, le ultime stime vengono calcolate in un range che va da un probabile FRB al minuto fino alla visione più ottimistica di un FRB ogni secondo. A questo riguardo alcuni stimano addirittura che il nuovo radio telescopio SKA - Square Kilometer Array sarà in grado di rilevare anche Burst compatibili con l'epoca della reionizzazione, avvenuta nel periodo precedente ai 180 milioni di anni dopo il Big Bang, rilevato attraverso il ritrovamento di una riga di assorbimento sui 78 Mhz e corrispondente alla riga a 21 centimetri dell’idrogeno ionizzato. Ovviamente determinare con precisione la distanza di questi fenomeni è davvero fondamentale, in quanto durante il viaggio, la radiazione raccoglie preziose informazioni sul materiale attraversato e riesce, così, a collocare un evento nella giusta posizione spazio-temporale, accrescendo di più la nostra conoscenza dell'Universo. Il lampo in questione è stato catalogato come FRB150418 e associato alla variabilità radio osservata nella galassia WISE J0716-19, sperando di associarlo ad altri simili fenomeni. Ma osservazioni durate più di un anno sono riuscite, in un primo momento a smentire l’associazione degli eventi, dopo a ritenerla possibile. La situazione ideale sarebbe aumentare il numero di campioni osservati, con fenomeni simili, istantanei o provenienti da zone imprevedibili del cieloradio. Una ricerca non certo facile! La domanda che ci poniamo è: … ma da dove hanno origine questi lampi radio? Anche se non è possibile stabilire, almeno per ora, quale sia il meccanismo in grado di alimentare il rilascio di tanta energia, si potrebbe iniziare cercando di capire quali, tra i processi possibili, siano quelli meno probabili. Pertanto, andando per esclusione, a settembre 2017 sembra esser stato spezzato il legame tra FRB ed emissione di neutrini; una emissione, questa, in concomitanza dei GRB Gamma Ray Burst (Lampi in banda Gamma) e all’attività dei buchi neri. Quindi si ritiene che questi fenomeni possano generarsi da stelle di Neutroni in rapida rotazione e immerse in campi magnetici estremamente intensi. Il 2016, infatti, ha segnato un punto di svolta grazie allo studio dell'evento FRB121102, avvenuto il 2 novembre 2012. Si tratta del primo, FRB ricorrente e capace di ripetersi tenuto sotto sorveglianza dalle antenne del Karl Jansky Very Large Array (VLA) nel New Mexico e da quelle di Arecibo. Infatti per mezzo di interferometria e algoritmi appositi sviluppati alla University of California è stato possibile osservare numerosi Burst e individuare la provenienza a 100 anni luce. In seguito il Gemini North Telescope, delle Hawaii, ha localizzato l’origine degli eventi in una galassia nana ricca di idrogeno e povera di elementi pesanti, in una età collocabile nel medio universo. Questa vecchia galassia si compone di un nucleo attivo e una debole emissione in gamma radio continua che, saltuariamente, dà vita a FRB; dista dalla Terra oltre tre miliardi di anni luce ed è la conferma della natura extra-galattica di eventi Fast Radio Burst. A questo punto restava da capire cosa potesse accadere là dentro, tale da sviluppare lampi di questo tipo; e l'antenna del radiotelescopio di Arecibo potrebbe aver risolto l’enigma intorno a una stella di Neutroni con un intenso campo magnetico, cioè: una Stella Magnetar (Le Magnetar sono mostruose calamite cosmiche, per via del loro enorme campo magnetico che genera delle intense emissioni elettromagnetiche, in particolare raggi X e raggi gamma (Fig.3). Per questo, il numero di FRB va lentamente crescendo, con picchi veramente sensibili, tanto che il 26 agosto 2017, vennero raccolti 15 FRB nel giro di 26 minuti, dalle 15:51 alle 16:17, tutti provenienti dalla stessa sorgente. Il 2018 è iniziato con la rivelazione di diversi nuovi segnali, ultimo dei quali l’11 marzo 2018 alle ore 07:02 UT, dal radiotelescopio Parkes (Fig.4). L’osservazione dedicata ai Fast Radio Burst è divenuta una nuova area di ricerca che va ad arricchire le molteplici discipline della radioastronomia e che sicuramente, in futuro, potrà contare su un numero maggiore di osservatori per una migliore comprensione dell’Universo. Ovviamente, tenuto conto delle distanze abissali, è impossibile rilevare gli eventi FRB con apparecchiature amatoriali; tuttavia è possibile seguire i Burst consultando il sito: Australia Telescope National Facility - http://www.parkes.atnf.csiro.au/
Un tema appassionante!
Dott. Giovanni Lorusso (IK0ELN)
VLBI. La Very Long Baseline Interferometry (VLBI) (Interferometria a Base Molto Ampia) è una tecnica di interferometria astronomica utilizzata in radioastronomia. In VLBI un segnale emesso da una radiosorgente, quale un quasar, viene raccolto da più radiotelescopi dislocati sulla Terra. Viene quindi calcolata la distanza tra i radiotelescopi del sistema rilevando la differenza di tempo del segnale sorgente in arrivo ai diversi telescopi. Questo consente di effettuare l'osservazione di un oggetto tramite molti radiotelescopi la cui risultante è una combinata simultanea, emulando così un telescopio di dimensioni pari alla massima distanza tra i telescopi del sistema. I dati ricevuti da ogni antenna del sistema includono i tempi di arrivo sincronizzati con un orologio atomico locale, come un maser all'idrogeno. In un secondo momento, i dati sono combinati con quelli provenienti dalle altre antenne che hanno registrato lo stesso segnale radio, producendo l'immagine risultante. La risoluzione ottenibile utilizzando la tecnica interferometrica è proporzionale alla frequenza di osservazione. La tecnica VLBI consente una distanza tra i telescopi molto maggiore di quella possibile con l'interferometria convenzionale, che richiede che le antenne siano fisicamente collegate tramite cavo coassiale, guida d'onda, fibra ottica o altro tipo di trasmissione cablata. L'incremento della distanza tra i telescopi è possibile nella VLBI grazie allo sviluppo della tecnica di imaging chiamata closure phase, sviluppata da Roger Jennison negli anni 1950, che consente al sistema VLBI di produrre immagini con una risoluzione ben superiore. La VLBI è sfruttata maggiormente per l'imaging di radiosorgenti cosmiche lontane, il monitoraggio di veicoli spaziali e per applicazioni in astrometria. Inoltre, poiché la tecnica VLBI misura le differenze di tempo tra l'arrivo delle onde radio sorgenti alle varie antenne del sistema, può essere utilizzata anche al contrario per eseguire studi sulla rotazione terrestre, precise mappature millimetriche dei movimenti delle placche tettoniche ed altri tipi di studi geodetici. Tale tecnica richiede una notevole mole di misurazioni di differenze temporali per un segnale in entrata da una sorgente a notevole distanza (come un quasar) studiato per un certo periodo di tempo da una rete mondiale di antenne.
 
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