Un gruppo internazionale di scienziati guidati da ricercatori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) ha sfruttato le potenzialità del telescopio spaziale per raggi gamma INTEGRAL dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) - e di altri telescopi e strumenti - per rilevare un “cocktail” inedito di radiazioni provenienti da una stella morta nella nostra galassia (magnetar) - qualcosa che non è mai stato visto prima in questo tipo di oggetti. La scoperta, pubblicata su The Astrophysical Journal, è rilevante perché si tratta della prima esplosione (o burst, in inglese) di raggi gamma proveniente da una magnetar in coincidenza con l’emissione di un lampo radio veloce (FRB o Fast Radio Burst).  

I lampi radio veloci sono fenomeni enigmatici: scoperti dai radioastronomi nel 2007, gli FRB sono localizzati in galassie esterne, ma la loro origine è ancora sconosciuta. Questi eventi producono intense emissioni nelle onde radio solo per pochi millisecondi prima di svanire e vengono avvistati raramente. Tra la miriade di modelli proposti ce ne sono diversi che ipotizzano che i FRB siano prodotti da magnetar, ovvero una particolare classe di stelle di neutroni (resti stellari super-densi delle esplosioni di supernovae). Le magnetar sono i magneti più potenti dell’universo e sono note per emettere brevi esplosioni di raggi gamma che in genere durano meno di un secondo ma sono miliardi di volte più luminose del Sole. 

L’esplosione di radiazioni ad alte energie oggetto dello studio è il primo caso in cui una emissione radio molto simile a quella degli FRB è inequivocabilmente associata ad un burst gamma prodotto da una magnetar. Questo evento eccezionale è stato scoperto il 28 aprile scorso indipendentemente nella banda radio, dai telescopi CHIME e STARE2  (rispettivamente in Canada e negli Stati Uniti), e nella banda dei raggi X di alta energia da diversi satelliti tra cui INTEGRAL. Grazie al sistema di ricerca automatica di burst basato su due dei suoi quattro strumenti, l’IBIS (Imager on Board the Integral Satellite) e lo SPI (Spectrometer on Integral), INTEGRAL è stato il primo a diramare l'allerta e l’identificazione con la già nota magnetar SGR 1935+2154 dopo meno di 10 secondi dal burst.  

SGR 1935+2154 è una magnetar scoperta sei anni fa che si trova nella Via Lattea, nella costellazione della Volpetta. A fine aprile, la magnetar SGR 1935+2154 si è riattivata emettendo diversi burst di raggi X e gamma, ma solo quello del 28 aprile è stato visto anche in banda radio. 

Sandro Mereghetti, primo autore dello studio e ricercatore presso l’INAF di Milano, spiega: «I dati presi con lo strumento IBIS sono i migliori nella banda dei raggi X-duri (o alte energie) per questo burst eccezionale. Cerchiamo di capire perché l'emissione radio sia stata vista proprio da questo burst e non dai molti altri emessi dalla stessa sorgente». L’allerta del IBAS (Burst Alert System di INTEGRAL) è arrivata «ore prima che venissero emessi altri avvisi, e ciò ha consentito alla comunità scientifica di agire rapidamente per esplorare questa sorgente in modo più dettagliato». 

Al momento dell'esplosione, la magnetar si trovava nel campo visivo di 30 gradi per 30 gradi dello strumento IBIS. Il lampo X è stato osservato anche da altri satelliti, tra cui Agile, il satellite italiano risultato della collaborazione tra Asi, Inaf e Infn, insieme al Cnr e all’industria nazionale. 

Mereghetti sottolinea: «Non abbiamo mai visto prima un’emissione di onde radio simile a un Fast Radio Burst provenire da una magnetar. È davvero una grande scoperta che aiuta a mettere a fuoco l'origine di questi misteriosi fenomeni, confermando la loro associazione con le magnetar, anche se in questo caso siamo di fronte a un oggetto nella nostra galassia mentre si ritiene che la maggior parte degli FRB arrivino da distanze extragalattiche (e siano quindi intrinsecamente molto più luminosi di SGR 1935+2154)». 

I ricercatori hanno anche scoperto qualcosa di più sulla sorgente: «Studiando l’anello dell'emissione riflessa dalla polvere interstellare, una specie di "eco" in raggi X, siamo riusciti a stabilire che SGR 1935+2154 si trova ad una distanza di 14 mila anni luce», specifica poi Michela Rigoselli dell'INAF Milano e coautrice del lavoro. 

Il telescopio INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory (INTEGRAL) è stato lanciato nel 2002. Con i suoi quattro strumenti a bordo è in grado di osservare e scattare simultaneamente immagini di oggetti cosmici in raggi gamma, raggi X e luce visibile. INTEGRAL è stato realizzato con un importante e decisivo contributo italiano dell’INAF con il supporto dell’Agenzia Spaziale Italiana, in particolare per gli strumenti oggetto di questo studio: l’IBIS che è stato realizzato da un consorzio di 9 Istituti internazionali, sotto la guida di un PI italiano, Pietro Ubertini dell’INAF di Roma, e il Burst Alert System che, sotto la responsabilità di Sandro Mereghetti, fa parte del contributo italiano all'INTEGRAL Science Data Center presso l'Osservatorio di Ginevra. 

Elisabetta Cavazzuti, responsabile dei programmi INTEGRAL, Swift, AGILE e Fermi per l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), commenta: «I Fast Radio Burst sono sorgenti elusive che solo recentemente stanno finalmente ottenendo l’attenzione che meritano e grazie al costante impegno dei team internazionali di ricercatori, cui gli italiani contribuiscono in maniera più che rilevante come dimostrato dai numerosi articoli accettati per la pubblicazione in questa coda di primavera 2020 e a prima firma italiana». E conclude: «In particolare i dati provenienti dai satelliti INTEGRAL, Swift, AGILE e Fermi/GBM nonché quelli ottenuti con il grande radio telescopio di Sardegna SRT (cui l’ASI ha contribuito sebbene sia ‘terricolo’, in quanto potenzialmente utile per il deep tracking delle sonde interplanetarie), stanno consentendo una comprensione senza precedenti di questi fenomeni. Un grande merito, quindi, ai ricercatori italiani e un meritato premio alla loro costanza nello studio dei FRB».  

L’articolo "INTEGRAL discovery of a burst with associated radio emission from the magnetar SGR 1935+2154", di S. Mereghetti, V. Savchenko, C. Ferrigno, D. Götz, M. Rigoselli, A. Tiengo, A. Bazzano, E. Bozzo, A. Coleiro, T. J.-L. Courvoisier, M. Doyle, A. Goldwurm, L. Hanlon, E. Jourdain, A. von Kienlin, A. Lutovinov, A. Martin-Carrillo, S. Molkov, L. Natalucci, F. Onori, F. Panessa, J. Rodi, J. Rodriguez, C. Sánchez-Fernández, R. Sunyaev, P. Ubertini è stata pubblicata su The Astrophysical Journal Letters.