Explorando la fuente misteriosa de las ráfagas rápidas de radio


El fenómeno de las ráfagas rápidas de radio es uno de los mayores misterios de la astrofísica moderna. Hasta ahora se ha creído que su origen son los magnetares. El último descubrimiento, en el que el Dr. Marcin Gawroński del Instituto de Astronomía de la NCU desempeñó un papel importante, puede revisar parcialmente este punto de vista.

Las ráfagas de radio rápidas (FRB) son ráfagas de radiación de milisegundos de duración registradas en ondas de radio. Son extremadamente poderosos; por ejemplo, durante uno de los destellos más brillantes que dura cinco milisegundos, se irradia tanta energía como la que genera nuestro Sol en un mes. La escala del fenómeno es difícil de imaginar.

Dr. Marcin Gawronski del Instituto de Astronomía de la Facultad de Física, Astronomía e Informática de la Universidad Nicolaus Copernicus. Crédito: Andrzej Romanski/NCU, Torun, Polonia

Las primeras ráfagas de radio fueron «descubiertas» hace apenas 15 años. Hasta abril de 2020, todas las FRB observadas por los astrónomos procedían de distancias cosmológicas de cientos de millones de años luz. Fue hace solo dos años que también lograron rastrear destellos que se originaban en nuestra Galaxia. Es importante señalar que debido al equipo y al límite de sensibilidad asociado, los investigadores solo pueden observar los objetos más luminosos del Universo, los estallidos más poderosos.

«Los FRB son actualmente uno de los temas más candentes en la astrofísica contemporánea. Descubiertos accidentalmente en 2007 durante una revisión de datos de archivo, y actualmente bajo observación intensiva, siguen siendo un gran misterio», explica el Dr. Marcin Gawronski del Instituto de Astronomía de la Facultad. de Física, Astronomía e Informática de la Universidad Nicolaus Copernicus (Torun, Polonia). «Los resultados obtenidos hasta ahora permiten dividir los fenómenos FRB en diferentes clases, pero aún no hemos descubierto si son emanaciones de uno o varios procesos físicos separados».

Captura cósmica

Los investigadores no están 100 por ciento seguros de qué causa los estallidos. Los astrofísicos tienen varias hipótesis que podrían explicar su formación, incluida la existencia de civilizaciones extraterrestres. Sin embargo, hasta ahora se ha considerado que los magnetares son la fuente de FRB.

«Los magnetares son estrellas de neutrones con campos magnéticos extremadamente fuertes, se forman después de las explosiones de supernovas», dice el Dr. Gawronski. «Hasta ahora, los científicos han acordado que ellos son los responsables de los FRB. ¿Por qué? Porque para producir un FRB, es necesario tener una gran cantidad de energía, que puede liberarse rápidamente y usarse en varios procesos. Las únicas fuentes de este tipo que conocemos son los campos magnéticos de un cúmulo de estrellas de neutrones, estas magnetares, o la energía gravitatoria de los agujeros negros».

Aunque los astrónomos están de acuerdo en que las ráfagas de radio rápidas son el resultado de procesos violentos que ocurren en las inmediaciones de estrellas de neutrones altamente magnetizadas, aún no está claro por qué la mayoría de ellas aparecen como señales únicas, mientras que otras fuentes pueden observarse repetidamente en ondas de radio. En algunos casos, los estallidos se caracterizan además por una actividad periódica, es decir, se producen a intervalos de tiempo regulares. Esto, sin embargo, solo ayuda en la planificación de las observaciones.

También hay bastantes dificultades con las que los astrónomos tienen que lidiar en las observaciones de FRB. «Estudiar la actividad de FRB es muy difícil porque los destellos son fenómenos aleatorios. Se parece un poco a la pesca: lanzamos una caña de pescar y esperamos. Entonces, instalamos radiotelescopios y tenemos que esperar pacientemente», dice el Dr. Gawronski. «Otro problema es que los radiotelescopios ‘ven’ un campo bastante grande del cielo, por ejemplo, el nuestro en Piwnice cubre un área de la mitad del tamaño del disco de la Luna en la banda de radio, que generalmente usamos para observaciones FRB. Hay muchos objetos sobre un área tan grande, por lo que es difícil identificar un destello en particular.Otro problema es la enorme cantidad de datos que recopilamos durante tales observaciones: podemos registrar hasta 4 gigabits de datos por segundo, por lo que necesitamos capacidades de almacenamiento muy grandes Por lo tanto, tenemos que procesar, analizar y eliminar estos datos de manera continua para dejar espacio para los siguientes».

Como puede ver, hay muchos acertijos y dificultades relacionadas con las ráfagas de radio rápidas. Los astrofísicos están trabajando en modelos para explicar este fenómeno, pero el reciente descubrimiento, en el que también participó el Dr. Marcin Gawroñski, trae consigo otro misterio por resolver.

Inquisición cósmica

El año pasado, un grupo internacional de astrónomos, incluido el Dr. Gawronski, apuntó radiotelescopios hacia la galaxia M81.

«Es una galaxia enorme y cercana a nosotros, similar a la Vía Láctea: se encuentra a unos 12 millones de años luz de nosotros, en verano, cuando hace buen tiempo, se puede ver con binoculares normales y, por ejemplo, con el telescopio Hubble se pueden observar estrellas individuales en él», explica el Dr. Gawronski. “Los canadienses del proyecto CHIME nos dijeron que había una fuente de ráfagas de radio rápidas en las cercanías de esta galaxia y, además, algunas de sus propiedades indicaban que este objeto estaba relacionado con el M81. Pensamos que sería una gran oportunidad. para tratar de averiguar qué generó específicamente los FRB».

Las observaciones fueron realizadas por investigadores que trabajan principalmente en el consorcio PRECISE.

“Este es un equipo de investigadores cuyo objetivo principal es localizar fuentes de FRB, estimar las distancias a ellas y estudiar las propiedades del entorno en el que se colocan los FRB. De esta forma, podemos intentar decir algo sobre la evolución de las fuentes. de ráfagas rápidas y los mismos procesos en los que se generan los objetos FRB», dice el Dr. Gawronski. «En cierto sentido, actuamos en paralelo con EVN (Red europea de interferometría de línea de base muy larga, nota del editor), ya que tratamos de reunir radiotelescopios europeos fuera del tiempo asignado para observaciones estándar dentro de este consorcio, al que, por supuesto, la NCU El Instituto de Astronomía pertenece junto con el radiotelescopio RT4».

Los investigadores tienen mucha suerte. La primera vez que apuntaron sus radiotelescopios a la vecindad de la galaxia M81, encontraron una serie de cuatro ráfagas. No pasó mucho tiempo antes de que atraparan a dos más. Sin embargo, los nuevos hallazgos sorprendieron a los investigadores.

“Cuando vimos los primeros resultados no nos lo podíamos creer, y al principio hasta pensamos que habíamos cometido un error de cálculo. Resultó que no. Era como en el sketch de Monty Python ‘Nadie espera a los españoles’. Inquisición.’ Porque ninguno de nosotros esperaba tal cosa», dice el Dr. Gawronski.

¿Un joven entre los viejos?

En primer lugar, el estallido provino de un cúmulo globular. Entonces, la primera decepción llegó al principio: un cúmulo de este tipo consta de una gran cantidad de estrellas densamente agrupadas, por lo que era imposible identificar el objeto específico que era la fuente de la FRB, incluso con la ayuda del Hubble en órbita. telescopio. Más interesante aún, los cúmulos globulares están compuestos de estrellas muy antiguas, formadas hace hasta 10 mil millones de años; son los sistemas estelares más antiguos de las galaxias. Por lo tanto, es inútil buscar magnetares «jóvenes» allí.

«Muchas preguntas vinieron a nuestras mentes: ¿de dónde vino la magnetar de allí? Asumimos que debe haber sido la fuente de los estallidos. De hecho, la magnetar no podría haber estado allí. Y si lo estaba, no podría haber sido formado de una manera clásica, es decir, después de la explosión de una estrella masiva», explica el Dr. Gawronski, «este tipo de estrellas masivas viven durante un tiempo muy corto y dentro de un tiempo estimado de varias decenas de millones de años después de su formación terminan sus vidas en un fenómeno muy impresionante, llamado explosión de supernova. Se sabe que las estrellas no se forman en cúmulos globulares durante mucho tiempo, por lo que no se pueden formar nuevos magnetares allí durante un fenómeno de supernova».

Si rechazamos la posibilidad de que se estén produciendo guerras estelares bastante cerca de nosotros, en las que se destruyen planetas —y tal hipótesis puede no ser sacada directamente de las películas de ciencia ficción, ya que muchos científicos tienen en cuenta que los FRB pueden ser firmas tecnológicas—, entonces no hay hay varias otras hipótesis.

«Teóricamente, una nueva magnetar podría haber nacido de una estrella vieja, o más precisamente de la explosión de una enana blanca. Tal fenómeno puede ocurrir en un sistema binario, donde una enana blanca se «come» lentamente a su compañera y en algún momento «, supera la masa para la que puede existir su estructura estable. Luego, esta enana inestable explota en una explosión termonuclear, durante la cual también se puede formar una estrella de neutrones, como una magnetar», explica el Dr. Gawronski. “Sin embargo, no es una explicación tan sencilla: si hubo una explosión de supernova en un cúmulo globular (pero de un tipo diferente a la muerte de estrellas masivas), debió ocurrir no hace mucho tiempo a escala cósmica. Según las teorías actuales, los magnetares están activos solo unos pocos millones de años después del nacimiento. Los efectos o restos de tal explosión deberían ser perceptibles para nosotros, pero hasta ahora no se ha observado nada».

La otra explicación posible es la fusión de dos estrellas viejas y compactas, enanas blancas y/o estrellas de neutrones, y la formación de un objeto joven en el llamado fenómeno de la kilonova. Sin embargo, la posibilidad de que tal evento ocurra en nuestro Universo «local» es bastante escasa.

El descubrimiento de los astrónomos es tan interesante como misterioso. Por ahora, una cosa es cierta: los estallidos son el resultado de algún fenómeno aún no reconocido. El trabajo de los astrofísicos puede contribuir a su descripción e investigación. Los resultados han sido publicados en la revista Nature.

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