Acabamos de publicar evidencia en Nature Astronomy de lo que podría estar produciendo misteriosos estallidos de ondas de radio provenientes de galaxias distantes, conocidas como estallidos de radio rápidos o FRB.
Dos estrellas de neutrones en colisión, cada una del núcleo súper denso de una estrella que explotó, produjeron un estallido de ondas gravitacionales cuando se fusionaron en una estrella de neutrones “supramasiva”. Descubrimos que dos horas y media después produjeron una FRB cuando la estrella de neutrones colapsó en un agujero negro.
O eso creemos. La prueba clave que confirmaría o refutaría nuestra teoría, un destello óptico o de rayos gamma proveniente de la dirección del estallido rápido de radio, desapareció hace casi cuatro años. En unos meses, podríamos tener otra oportunidad de averiguar si estamos en lo correcto.
Breve y poderoso
Los FRB son pulsos increíblemente poderosos de ondas de radio del espacio que duran alrededor de una milésima de segundo. Utilizando datos de un radiotelescopio en Australia, el Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP), los astrónomos han descubierto que la mayoría de los FRB provienen de galaxias tan distantes que la luz tarda miles de millones de años en llegar a nosotros. Pero lo que produce estas ráfagas de ondas de radio ha desconcertado a los astrónomos desde una detección inicial en 2007.
La mejor pista proviene de un objeto en nuestra galaxia conocido como SGR 1935+2154. Es una magnetar, que es una estrella de neutrones con campos magnéticos un billón de veces más fuertes que un imán de nevera. El 28 de abril de 2020, produjo una violenta ráfaga de ondas de radio, similar a un FRB, aunque menos potente.
Los astrónomos han predicho durante mucho tiempo que dos estrellas de neutrones, una binaria, que se fusionan para producir un agujero negro también deberían producir un estallido de ondas de radio. Las dos estrellas de neutrones serán altamente magnéticas y los agujeros negros no pueden tener campos magnéticos. La idea es que la desaparición repentina de los campos magnéticos cuando las estrellas de neutrones se fusionan y colapsan en un agujero negro produce una ráfaga de radio rápida. Los campos magnéticos cambiantes producen campos eléctricos: así es como la mayoría de las centrales eléctricas producen electricidad. Y el gran cambio en los campos magnéticos en el momento del colapso podría producir los intensos campos electromagnéticos de un FRB.
La búsqueda de la pistola humeante
Para probar esta idea, Alexandra Moroianu, estudiante de maestría en la Universidad de Australia Occidental, buscó estrellas de neutrones fusionadas detectadas por el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO) en los EE. UU. Las ondas gravitacionales que busca LIGO son ondas en el espacio-tiempo, producidas por las colisiones de dos objetos masivos, como las estrellas de neutrones.
LIGO ha encontrado dos fusiones binarias de estrellas de neutrones. Crucialmente, el segundo, conocido como GW190425, ocurrió cuando también estaba operativo un nuevo telescopio de búsqueda de FRB llamado CHIME. Sin embargo, al ser nuevo, CHIME tardó dos años en publicar su primer lote de datos. Cuando lo hizo, Moroianu identificó rápidamente una ráfaga de radio rápida llamada FRB 20190425A que ocurrió solo dos horas y media después de GW190425.
Por emocionante que fuera, había un problema: solo uno de los dos detectores de LIGO estaba funcionando en ese momento, por lo que no estaba muy claro de dónde procedía exactamente GW190425. De hecho, había un 5% de posibilidades de que esto pudiera ser solo una coincidencia.
Peor aún, el satélite Fermi, que podría haber detectado rayos gamma de la fusión, la “pistola humeante” que confirma el origen de GW190425, fue bloqueado por la Tierra en ese momento.
Es poco probable que sea una coincidencia
Sin embargo, la pista crítica fue que los FRB rastrean la cantidad total de gas que han atravesado. Sabemos esto porque las ondas de radio de alta frecuencia viajan más rápido a través del gas que las ondas de baja frecuencia, por lo que la diferencia de tiempo entre ellas nos indica la cantidad de gas.
Debido a que conocemos la densidad de gas promedio del universo, podemos relacionar este contenido de gas con la distancia, lo que se conoce como la relación de Macquart. Y la distancia recorrida por FRB 20190425A coincidió casi a la perfección con la distancia a GW190425. ¡Bingo!
Entonces, ¿hemos descubierto la fuente de todos los FRB? No. No hay suficientes estrellas de neutrones fusionadas en el Universo para explicar la cantidad de FRB; algunas aún deben provenir de magnetares, como lo hizo SGR 1935+2154.
E incluso con toda la evidencia, todavía hay una posibilidad entre 200 de que todo esto sea una gran coincidencia. Sin embargo, LIGO y otros dos detectores de ondas gravitacionales, Virgo y KAGRA, se volverán a encender en mayo de este año y serán más sensibles que nunca, mientras que CHIME y otros radiotelescopios están listos para detectar inmediatamente cualquier FRB de las fusiones de estrellas de neutrones.
En unos meses, es posible que descubramos si hemos logrado un avance clave, o si fue solo un destello en la sartén.
Con información de Nature
