Ciencias

Una rara y rápida ráfaga de radio les da a los astrónomos la oportunidad de estudiar estos misteriosos objetos.

Ráfagas de radio rápidas (FRB) se encuentran entre los fenómenos astronómicos más misteriosos que enfrentan los astrónomos en la actualidad. Si bien se han detectado cientos de ráfagas desde la primera detección registrada de un FRB en 2007, la explosión de lorimer – los astrónomos aún no están seguros de qué los causa. Aún más misterioso, algunos fueron encontrados ocasionalmente como repitiendo en la naturaleza, lo que ha alimentado la especulación de que pueden no ser de origen natural (es decir, ¿posibles transmisiones extraterrestres?). Naturalmente, los astrónomos se emocionan mucho cada vez que se encuentra una FRB repetitiva, ya que les da la oportunidad de examinarla más de cerca.

En una investigación reciente, un equipo internacional de científicos utilizó tres grandes telescopios en todo el mundo para estudiar un FRB repetitivo (conocido como FRB 190520) que se observó por primera vez en 2019. Según sus observaciones, este FRB en particular no es solo una fuente repetitiva de un objeto compacto, sino una fuente persistente que emite ráfagas de ondas de radio de bajo nivel entre las más grandes. Estos hallazgos plantean nuevas preguntas sobre la naturaleza de estos objetos misteriosos y cómo pueden usarse como herramientas para investigar el espacio entre las estrellas y las galaxias.

El estudio que describe sus hallazgos, titulado “Una ráfaga de radio de repetición rápida asociada con una fuente de radio persistentefue publicado recientemente en la revista Naturaleza. La investigación fue dirigida por Catherine Hui Niu y Di Li de Observatorios Astronómicos Nacionales (NO) en Academia china de ciencias (CAS) en Beijing y Kaspar Aggarwal de Centro de Ondas Gravitacionales y Cosmología en la Universidad de Virginia Occidental. A ellos se unieron investigadores de Caltech, la Instituto Canadiense de Investigación Avanzada, Centro Cornell de Astrofísica y Ciencias Planetariasy varias universidades y observatorios.

un misterio

Los FRB son ráfagas de energía de radio intensas y de corta duración que generalmente duran unos pocos milisegundos y nunca más se escuchan. El primer FRB fue detectado en 2007 por Duncan Lorimer, un astrónomo de la Universidad de West Virginia (de ahí el nombre «Lorimer Burst») y varios cientos han sido detectados desde entonces. Si bien la mayoría de los FRB detectados fueron eventos únicos, algunos se repiten en la naturaleza e incluso se han rastreado hasta sus fuentes.

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El estudio de las FRB ha avanzado considerablemente gracias a la creación de radioobservatorios de última generación como el de China Radiotelescopio esférico de quinientos metros de apertura (RÁPIDO) y el Experimento canadiense de mapeo de intensidad de hidrógeno (CHIME) – que inició operaciones en 2016 y 2017 (respectivamente). Gracias a estas instalaciones, los astrónomos han reducido la lista de Posibles Causas y ahora puedes detectar cientos de ráfagas al año y rastrear FRB en tiempo real.

Debido a estos esfuerzos, los astrónomos han encontrado un fuerte vínculo entre la repetición de FRB y magnetares, un tipo de estrella de neutrones altamente magnetizada. En combinación con los esfuerzos de coordinación global, los astrónomos han recopilado una enorme cantidad de datos sobre estos objetos transitorios hasta el punto de que su naturaleza transitoria ya no impide la investigación sobre ellos.

dos de un tipo

FRB 190520 fue notado por primera vez por científicos en la matriz FAST de China el 20 de mayo de 2019, luego de analizar los datos obtenidos en noviembre de ese año. Las observaciones de seguimiento realizadas con FAST inmediatamente después mostraron que esta fuente se repetía en la naturaleza. En 2020, las observaciones con el Arreglo muy grande de Karl G. Jansky (VLA) identificar la ubicación del objeto, mientras que las observaciones de luz visible con el Telescopio Subaru en Hawai mostró que esto lo colocó en las afueras de una galaxia enana a casi 3 mil millones de años luz de la Tierra.

Los datos obtenidos con el VLA también determinaron que el objeto emite constantemente ondas de radio más débiles entre ráfagas. Estas observaciones proporcionaron la primera información sobre el entorno y la distancia de un FRB, lo que supuso un gran avance en el estudio de estos objetos. Sin embargo, la combinación de ráfagas repetidas y emisiones de radio persistentes desde una región compacta significó que este descubrimiento fuera solo el segundo de su tipo. Como explicó el astrónomo de Caltech (y coautor del estudio) Casey Law, el único otro objeto de este tipo fue FRB 121102, que se descubrió en 2016.

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“Estas características hacen que este se parezca mucho al primer FRB cuya posición fue determinada, también por el VLA, en 2016”, dijo. “Ahora tenemos dos como este, y eso plantea algunas preguntas importantes”. Las diferencias entre estas dos fuentes y todas las demás detectadas hasta ahora refuerzan la posibilidad de que pueda haber dos tipos distintos de FRB, algo que los astrónomos han sospechado durante mucho tiempo.

Posibles explicaciones

El equipo propuso que estos resultados podrían indicar una de dos cosas. Primero, existe la posibilidad de que existan diferentes mecanismos que produzcan los dos tipos de FRB observados (eventos únicos y repetidos) o que los objetos que los producen se encuentren en diferentes etapas de su evolución. Como se señaló, se cree que los principales candidatos para FRB son estrellas de neutrones con campos magnéticos ultra fuertes, llamados magnetares. Pero después de examinar FRB 190520, llegaron a la conclusión provisional de que podría ser una estrella de neutrones «recién nacida».

Esencialmente, esto significa que la estrella de neutrones todavía está rodeada por densas nubes de polvo y gas, que son los restos de las capas externas de la estrella que fueron expulsadas cuando se convirtió en supernova. La presencia de este material, afirman, explicaría el efecto que las ondas de radio de la fuente tuvieron en el entorno circundante. Al igual que los púlsares, los FRB afectan el polvo y el gas que se encuentran entre los sistemas estelares y las galaxias, que los astrónomos pueden estudiar para aprender más sobre el material. Por ejemplo, cuando las ondas de radio atraviesan el espacio que contiene electrones libres, las ondas de alta frecuencia viajan más rápido que las ondas de baja frecuencia.

La región de FRB 190520 con la imagen Fast Radio Burst VLA que cambia entre el objeto con explosión y sin explosión. Crédito: Niu, et al.; Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF; CFHT

Este efecto se conoce como «dispersión» y se puede medir para determinar la densidad de electrones en el espacio interestelar o intergaláctico. En los casos en que se conoce la densidad de electrones en el espacio intermedio, los FRB también se pueden usar para determinar la distancia entre una fuente y la Tierra. Cuando el equipo intentó tomar medidas de distancia basadas en el efecto de dispersión que tenía FRB 190520 en el gas y el polvo circundantes, los resultados indicaron una distancia de aproximadamente 8 a 9.500 millones de años luz. Sin embargo, las mediciones independientes basadas en el desplazamiento Doppler de la fuente arrojaron una estimación de casi 3 mil millones de años luz.

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Esta explicación tiene múltiples implicaciones para el estudio de las FRB. Por un lado, demuestra que los estallidos repetidos pueden ser característicos de las estrellas de neutrones más jóvenes y que estos FRB disminuyen con la edad a medida que se disipan las nubes de gas y polvo circundantes. En segundo lugar, plantea dudas sobre la utilidad de los FRB para determinar las distancias entre los objetos celestes y la densidad del espacio entre ellos. Aggarval dijo:

“Esto significa que hay mucho material cerca del FRB que confundiría cualquier intento de usarlo para medir gas entre galaxias. Si este es el caso de otros, no podemos confiar en el uso de FRB como criterio cósmico”.

Si bien está claro que quedan muchas preguntas sobre las fuentes y los mecanismos de las ráfagas rápidas de radio, el progreso que se está logrando en este campo es sorprendente. Hace apenas quince años, los astrónomos observaron uno por primera vez y no se dieron cuenta de que venían en dos formas distintas. Hoy en día, cientos de FRB están siendo detectados y rastreados, y los astrónomos se están acercando a determinar las características clave de ambos tipos. En ese sentido, el campo de investigación de FRB está a la altura de la investigación en ondas gravitacionales (GW), astronomía infrarroja, estudios de exoplanetas, astrobiología y otros que están progresando a pasos agigantados.

Lectura adicional: NRAA

Prudencia Febo

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