Ráfaga de radio desafía a los astrónomos


Una ráfaga de radio rápida recientemente descubierta tiene algunas propiedades únicas que, al mismo tiempo, brindan a los astrónomos pistas importantes sobre lo que puede causar estos misteriosos fenómenos astronómicos y, al mismo tiempo, cuestionan una de las pocas cosas que los científicos creían saber sobre estas poderosas erupciones, como describimos mis colegas y yo. en un nuevo estudio en Nature el 8 de junio de 2022.

Las ráfagas de radio rápidas, o FRB, son pulsos extremadamente brillantes de ondas de radio que provienen de galaxias lejanas. Liberan tanta energía en un milisegundo como lo hace el Sol durante muchos días. Los investigadores aquí en la Universidad de West Virginia detectaron el primer FRB en 2007. En los últimos 15 años, los astrónomos han detectado alrededor de 800 FRB, y cada día se descubren más.

La parte superior de este diagrama muestra seis picos en el brillo de las ondas de radio que son seis ráfagas de FRB190520. La mitad inferior muestra el rango de frecuencia para cada ráfaga individual. Crédito: Niu, CH., Aggarwal, K., Li, D. et al., CC BY

Cuando un telescopio captura un FRB, una de las características más importantes que observan los investigadores es algo llamado dispersión. La dispersión es básicamente una medida de cuán estirada está una FRB cuando llega a la Tierra.

El plasma que se encuentra entre las estrellas y las galaxias hace que toda la luz, incluidas las ondas de radio, disminuya su velocidad, pero las frecuencias más bajas sienten este efecto con más fuerza y se ralentizan más que las frecuencias más altas. Los FRB contienen un rango de frecuencias, por lo que la luz de frecuencia más alta en el estallido golpea la Tierra antes que las frecuencias más bajas, lo que provoca la dispersión. Esto permite a los investigadores utilizar la dispersión para estimar a qué distancia de la Tierra se originó una FRB. Cuanto más estirado está un FRB, más plasma debe haber pasado la señal, más lejos debe estar la fuente.

Por qué importa

El nuevo FRB que mis colegas y yo descubrimos se llama FRB190520. Lo encontramos utilizando el telescopio esférico de apertura de quinientos metros en China. Una cosa interesante inmediatamente aparente sobre FRB190520 fue que es uno de los únicos 24 FRB repetidos y se repite con mucha más frecuencia que otros, produciendo 75 ráfagas en un lapso de seis meses en 2020.

Luego, nuestro equipo usó el Very Large Array, un radiotelescopio en Nuevo México, para estudiar más a fondo este FRB y identificó con éxito la ubicación de su fuente: una galaxia enana a aproximadamente 3 mil millones de años luz de la Tierra. Fue entonces cuando empezamos a darnos cuenta de lo verdaderamente único e importante que es este FRB.

Primero, descubrimos que hay una señal de radio persistente, aunque mucho más débil, emitida por algo del mismo lugar de donde vino FRB190520. De los más de 800 FRB descubiertos hasta la fecha, solo otro tiene una señal de radio persistente similar.

En segundo lugar, dado que pudimos señalar que la FRB provenía de una galaxia enana, pudimos determinar exactamente qué tan lejos está esa galaxia de la Tierra. Pero este resultado no tenía sentido. Para nuestra sorpresa, la distancia estimada que hicimos utilizando la dispersión de la FRB fue de 30 mil millones de años luz de la Tierra, una distancia 10 veces mayor que los 3 mil millones de años luz reales de la galaxia.

FRB190520 provino de una pequeña galaxia enana a 3 mil millones de años luz de distancia, marcada por las cruces en el recuadro más grande con la ubicación exacta de la fuente FRB en el círculo de la imagen más pequeña. Crédito: Niu, CH., Aggarwal, K., Li, D. et al., CC BY

Los astrónomos solo han podido determinar la ubicación exacta, y por lo tanto la distancia desde la Tierra, de otras 19 fuentes de FRB. Para el resto de los aproximadamente 800 FRB conocidos, los astrónomos tienen que confiar solo en la dispersión para estimar su distancia a la Tierra. Para los otros 19 FRB con ubicaciones conocidas, las distancias estimadas a partir de la dispersión son muy similares a las distancias reales a sus galaxias de origen. Pero este nuevo FRB muestra que las estimaciones que utilizan la dispersión a veces pueden ser incorrectas y arrojan muchas suposiciones por la ventana.

Lo que aún no se sabe

Los astrónomos en este nuevo campo aún no saben qué produce exactamente las FRB, por lo que cada nuevo descubrimiento o información es importante.

Nuestro nuevo descubrimiento plantea preguntas específicas, incluso si las señales de radio persistentes son comunes, qué condiciones las producen y si el mismo fenómeno que produce las FRB es responsable de emitir la señal de radio persistente.

Y un gran misterio es por qué la dispersión de FRB190520 fue mucho mayor de lo que debería ser. ¿Se debió a algo cerca de la FRB? ¿Estaba relacionado con la fuente de radio persistente? ¿Tiene que ver con la materia de la galaxia de donde proviene este FRB? Todas estas preguntas están sin respuesta.

Que sigue

Mis colegas se van a centrar en estudiar FRB190520 utilizando una gran cantidad de telescopios diferentes en todo el mundo. Al estudiar la FRB, su galaxia y el entorno espacial que rodea su fuente, esperamos encontrar respuestas a muchos de los misterios que reveló.

También vendrán más respuestas de otros descubrimientos de FRB en los próximos años. Cuantos más FRB cataloguen los astrónomos, mayores serán las posibilidades de descubrir FRB con propiedades interesantes que puedan ayudar a completar el rompecabezas de estos fascinantes fenómenos astronómicos.

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