Rosita Paladino Archivi - Scientificult

EINSTEIN PROBE: RIVELATA LA COMPLESSITÀ DEI FLASH DI RAGGI X NELL’EVENTO EP241021a

Un team di ricerca, con la guida e il contributo fondamentale dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), ha di recente analizzato nel dettaglio l’evento EP241021a, una sorgente di raggi X nota come flash di raggi X (X-Ray Flash o XRF) scoperta il 21 ottobre 2024 dalla missione cinese Einstein Probe. La ricerca, frutto di un’imponente campagna osservativa multibanda accettata per la pubblicazione sulla rivista Astronomy & Astrophysics, getta nuova luce sull’origine e la natura di questi misteriosi e fugaci transienti cosmici, storicamente legati ai più noti lampi di raggi gamma (Gamma Ray Burst o GRB).

“Cugini” dei transienti veloci di raggi X (FXRT, dall’inglese fast X-ray transient), gli XRF sono brevissime esplosioni di raggi X, con durata che varia dai 10 secondi ai 10 minuti, prodotte da sorgenti extragalattiche. Identificati nei primi anni ’90 dal satellite italo-olandese BeppoSAX, questi eventi condividono molte caratteristiche con i lampi di raggi gamma, ma si differenziano per spettri più “soffici” e un picco energetico meno intenso. Lo strumento Wide-field X-ray Telescope (WXT) a bordo del satellite Einstein Probe, caratterizzato da una capacità unica di osservazione di vaste regioni del cielo in raggi X ad alta sensibilità, ha permesso di rivelare nuovi flash di raggi X e di studiarne in modo accurato la complessa emissione.

Un disegno dello scenario proposto dal team di ricerca per EP241021a. A piccoli angoli polari viene prodotto un getto relativistico con un nucleo e ali ampie, mentre a grandi angoli polari il getto è circondato da un bozzolo strutturato. La linea di vista dell’osservatore si trova all’interno delle ali del getto. Crediti: G. Gianfagna (INAF) / A&A 2025

EP241021a si distingue per la ricchezza delle sue componenti. Giulia Gianfagna, prima autrice dell’articolo e assegnista di ricerca presso l’INAF di Roma, spiega:

“EP241021a è probabilmente l’XRF scoperto dall’Einstein Probe che presenta nella sua emissione il maggior numero di componenti, e, di conseguenza, un grado di complessità nell’interpretazione fisica non indifferente. Ma, per lo stesso motivo, è l’evento che più dà informazioni sulla famiglia di questi oggetti”.

L’evento transiente presenta, infatti, la caratterizzazione di un getto strutturato che si evolve rapidamente e un ambiente stellare denso che ne modella la forma e la dinamica. Dopo l’emissione nei raggi X scoperta da Einstein Probe, osservazioni nel visibile e soprattutto nelle frequenze radio e millimetriche, grazie all’utilizzo di telescopi e network come ALMA, uGMRT, e-MERLIN e ATCA, hanno permesso di identificare le peculiarità.

“Tutte le componenti – dice Gianfagna – sono consistenti con il collasso di una stella massiccia: subito dopo il collasso, si è creato un sistema formato da un getto centrale stretto ed energetico (detto nucleo o core), circondato da ‘ali’ a più basse energie e meno veloci. Circonda le ali un ‘bozzolo’ sferico (detto cocoon), composto a sua volta da due componenti concentriche, con velocità che diminuisce verso l’esterno. L’emissione dei raggi gamma, quindi il lampo di raggi gamma, viene prodotta dal core del getto”.

Questa emissione gamma non è però visibile in quanto il getto punta lontano dalla Terra.

Einstein Probe: rivelata la complessità dei flash di raggi X nell’evento EP241021a; lo studio accettato su Astronomy & Astrophysics. Rappresentazione artistica del telescopio spaziale Einstein Probe. Crediti: Chinese Academy of Sciences

Tali osservazioni sono un modello unificato secondo cui i flash di raggi X sono varianti dei lampi di raggi gamma, viste da angolazioni diverse o influenzate da condizioni ambientali peculiari, come la densità e la struttura del materiale espulso dalla stella progenitrice. EP241021a è inoltre il primo caso in cui tutte queste componenti si osservano simultaneamente con tale dettaglio.

“Terminata la missione BeppoSAX all’inizio degli anni 2000”, commenta Luigi Piro, dirigente di ricerca INAF e coautore dello studio, “osservare questi transienti è diventato molto più difficile a causa del ridotto campo di vista degli strumenti attivi. Einstein Probe, lanciato nel gennaio 2024, ha riportato in orbita un rilevatore con un ampio campo visivo e una sensibilità superiore. La capacità di osservare porzioni così ampie di cielo ci ha permesso, finalmente, di ricominciare a scoprire nuovi flash di raggi X”.

Gianfagna conclude: “Dimostrare che questo flash di raggi X può essere modellizzato come un lampo di raggi gamma, probabilmente con delle caratteristiche particolari, in un contesto più ampio porterebbe ad avere un’idea più chiara su come muoiono le stelle massicce e cosa producono dopo la loro morte”.

Lo studio in questione è il primo guidato da ricercatrici e ricercatori europei sull’analisi di eventi XRF con dati provenienti da Einstein Probe, segnando una tappa fondamentale nella collaborazione internazionale e nello studio delle esplosioni cosmiche.

Riferimenti bibliografici:

L’articolo di Giulia Gianfagna, Luigi Piro, Gabriele Bruni, Aishwarya Linesh Thakur, Hendrik Van Eerten, Alberto Castro-Tirado, Yong Chen, Ye-hao Cheng, Han He, Shumei Jia, Zhixing Ling, Elisabetta Maiorano, Rosita Paladino, Roberta Tripodi, Andrea Rossi, Shuaikang Yang, Jianghui Yuan, Weimin Yuan, Chen Zhang, “The soft X-ray transient EP241021A: a cosmic explosion with a complex off-axis jet and cocoon from a massive progenitor”, è stato accettato per la pubblicazione sulla rivista Astronomy & Astrophysics.

Testo e immagini dall’Ufficio Stampa Istituto Nazionale di Astrofisica – INAF

Keep Reading

L’origine dell’emissione persistente osservata in alcuni lampi radio veloci: sarebbe una bolla di plasma a generare questa radiazione

Un nuovo studio internazionale guidato dall’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), con la partecipazione di diversi atenei italiani, ha scoperto l’origine dell’emissione persistente osservata in alcuni lampi radio veloci: sarebbe una bolla di plasma a generare questa radiazione. Questi dati permettono anche di circoscrivere la natura del “motore” alla base di queste misteriose sorgenti. I risultati pubblicati oggi su Nature.

Illustrazione artistica di una magnetar, circondata dalla bolla di plasma responsabile dell’emissione persistente osservata in alcuni lampi radio veloci.Crediti: NSF/AUI/NRAO/S. Dagnello — Illustrazione artistica di una magnetar, circondata dalla bolla di plasma responsabile dell’emissione persistente osservata in alcuni lampi radio veloci.
Crediti: NSF/AUI/NRAO/S. Dagnello

I Fast Radio Burst (FRB), o lampi radio veloci, sono uno dei misteri aperti più recenti dell’astrofisica moderna: in pochi millisecondi rilasciano una quantità di energia tra le più alte osservabili nei fenomeni cosmici. Scoperti poco più di dieci anni fa, questi forti lampi in banda radio provengono da sorgenti per lo più extragalattiche, ma la loro origine è ancora incerta e molti sono gli sforzi della comunità astrofisica di tutto il mondo per cercare di comprendere i processi fisici alla loro origine.

In pochissimi casi, il rapido lampo che caratterizza i fast radio burst coincide con un’emissione persistente, sempre in banda radio. Una nuova ricerca guidata dall’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) ha registrato l’emissione radio persistente più debole mai rilevata finora per un FRB. Si tratta di FRB20201124A, un lampo radio veloce scoperto nel 2020, la cui sorgente si trova a circa 1,3 miliardi di anni luce da noi. Oltre al lavoro di ricercatori e ricercatrici INAF, lo studio vede la collaborazione delle Università di Bologna, Trieste e della Calabria, e la partecipazione internazionale di istituti di ricerca e università in Cina, Stati Uniti, Spagna e Germania.

Le osservazioni – rese possibili dal radiotelescopio più sensibile al mondo, il Very Large Array (VLA) negli Stati Uniti – hanno permesso di verificare la predizione teorica che prevede una bolla di plasma all’origine dell’emissione radio persistente dei lampi radio veloci. I risultati sono pubblicati oggi sulla rivista Nature.

“Siamo riusciti a verificare tramite osservazioni che l’emissione persistente che accompagna alcuni fast radio burst si comporta come previsto dal modello di emissione nebulare, ovvero una ‘bolla’ di gas ionizzato che circonda il motore centrale” spiega Gabriele Bruni, ricercatore INAF a Roma e primo autore dell’articolo. “In particolare, tramite l’osservazione in banda radio di uno dei lampi più vicini, siamo riusciti a misurare la debole emissione persistente proveniente dalla stessa posizione del FRB, estendendo di due ordini di grandezza l’intervallo di flusso radio esplorato finora per questi oggetti”.

Il nuovo lavoro aiuta anche a circoscrivere la natura del motore di questi misteriosi lampi. Secondo i nuovi dati, alla base del fenomeno risiederebbe una magnetar (stella di neutroni fortemente magnetizzata) oppure una binaria a raggi X con regime di accrescimento molto alto, ovvero un sistema binario formato da una stella di neutroni o da un buco nero che accresce materiale da una stella compagna a ritmi molto intensi. Sarebbero infatti i venti prodotti dalla magnetar, oppure dal sistema binario X, a “gonfiare” la bolla di plasma che dà origine all’emissione radio persistente. C’è quindi una relazione fisica diretta tra il “motore” del FRB e la bolla, che si trova nelle sue immediate vicinanze.

La campagna osservativa è stata condotta a seguito di un altro lavoro guidato da Luigi Piro dell’INAF, coautore del nuovo articolo, nel quale era stata individuata l’emissione persistente nella galassia ospite di questo FRB, ma non ancora con una determinazione della posizione sufficientemente precisa da permettere di associare tra loro i due fenomeni.

“In questo nuovo lavoro, abbiamo condotto una campagna a risoluzione spaziale più elevata con il VLA, accompagnata anche da osservazioni in diverse bande con l’interferometro NOEMA e il Gran Telescopio Canarias (GranTeCan), che ci hanno permesso di ricostruire il quadro generale della galassia e scoprire la presenza di una sorgente radio compatta – la bolla di plasma del FRB – immersa nella regione di formazione stellare” aggiunge Piro. “Nel frattempo, è stato pubblicato anche il modello teorico sulla nebulosa, permettendoci di testarne la validità e, infine, di confermare il modello stesso”.

Gran parte del lavoro è stato dedicato a escludere che l’emissione radio persistente provenisse proprio da una regione di formazione stellare, e che quindi non fosse legata fisicamente alla sorgente del FRB. A questo scopo, le osservazioni fatte con NOEMA in banda millimetrica hanno misurato la quantità di polveri, che tracciano le regioni di formazione stellare “oscurate”, e quelle fatte con il GranTeCan in banda ottica hanno misurato l’emissione da idrogeno ionizzato, anch’esso un tracciante del tasso di formazione di stelle.

“Le osservazioni ottiche sono state un elemento importante per studiare la regione del FRB a una risoluzione spaziale simile al radio” nota la coautrice Eliana Palazzi dell’INAF di Bologna. “Poter mappare l’emissione dell’idrogeno con questo dettaglio ci ha permesso di derivare un tasso di formazione locale di stelle che è risultato essere troppo basso per giustificare l’emissione radio continua”.

La maggior parte dei fast radio burst non presenta emissione persistente. Finora, questo tipo di emissione era stata associata soltanto a due FRB, ma a un regime di luminosità che non permetteva di verificare il modello proposto. Nel caso di FRB20201124A, invece, la sua distanza sì grande ma non eccessiva ha permesso di misurare l’emissione persistente nonostante la bassa luminosità. Capire la natura dell’emissione persistente permette di aggiungere una tessera al puzzle sulla natura di queste misteriose sorgenti cosmiche.

Per ulteriori informazioni:

L’articolo “A nebular origin for the persistent radio emission of fast radio bursts”, di Gabriele Bruni, Luigi Piro, Yuan-Pei Yang, Salvatore Quai, Bing Zhang, Eliana Palazzi, Luciano Nicastro, Chiara Feruglio, Roberta Tripodi, Brendan O’Connor, Angela Gardini, Sandra Savaglio, Andrea Rossi, A. M. Nicuesa Guelbenzu, Rosita Paladino, è stato pubblicato online sulla rivista Nature.

Testo e immagine dall’Ufficio stampa Struttura per la Comunicazione di Presidenza dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF).

Keep Reading