Las ráfagas rápidas de radio (FRB, por sus siglas en inglés) son uno de los misterios más recientes de la astrofísica moderna. En unos pocos milisegundos, estos poderosos eventos liberan una inmensa cantidad de energía, entre las más altas observables en los fenómenos cósmicos.
Las FRB se descubrieron hace poco más de diez años y en su mayoría surgen de fuentes extragalácticas. Sin embargo, su origen aún es incierto y hay enormes esfuerzos en curso por parte de la comunidad astrofísica de todo el mundo para comprender los procesos físicos detrás de ellas.
En muy pocos casos, el destello rápido que caracteriza a las FRB coincide con una emisión persistente, que también se observa en la banda de radio. Un nuevo estudio dirigido por el Instituto Nacional de Astrofísica de Italia (INAF) ha registrado la emisión de radio persistente más débil jamás detectada para una FRB hasta ahora.
El tema del estudio es FRB20201124A, una ráfaga rápida de radio descubierta en 2020, cuya fuente se encuentra a unos 1.300 millones de años luz de distancia de nosotros. Junto a los investigadores del INAF, en la colaboración participan las universidades de Bolonia, Trieste y Calabria, en Italia, y la participación internacional de institutos de investigación y universidades de China, Estados Unidos, España y Alemania.
Las observaciones se realizaron con el radiotelescopio más sensible del mundo, el Very Large Array (VLA) de Estados Unidos. Los datos permitieron a los científicos verificar la predicción teórica de que una burbuja de plasma es el origen de la emisión de radio persistente de las ráfagas rápidas de radio. Los resultados se publican hoy en la revista Nature.
«Hemos podido demostrar mediante observaciones que la emisión persistente observada junto con algunas ráfagas rápidas de radio se comporta como se espera del modelo de emisión nebular, es decir, una ‘burbuja’ de gas ionizado que rodea el motor central», explica Gabriele Bruni, investigador del INAF en Roma y autor principal del nuevo artículo.
«En particular, a través de las observaciones de radio de una de las ráfagas más próximas a nosotros, hemos podido medir la débil emisión persistente procedente del mismo lugar que la FRB, ampliando el rango de flujo de radio explorado hasta ahora para estos objetos en dos órdenes de magnitud».
Esta investigación también ayuda a delimitar la naturaleza del motor que alimenta estos misteriosos destellos de radio. Según los nuevos datos, el fenómeno se basa en un magnetar (una estrella de neutrones fuertemente magnetizada) o en un sistema binario de rayos X de alta acreción, es decir, un sistema binario formado por una estrella de neutrones o un agujero negro, que acrecienta material de una estrella compañera a tasas muy intensas.
De hecho, los vientos producidos por el magnetar o la binaria de rayos X serían capaces de “hacer estallar” la burbuja de plasma dando lugar a la emisión persistente de radio. Existe, por tanto, una relación física directa entre el motor de las FRB y la burbuja, que se encuentra en su proximidad inmediata.
La motivación para esta campaña de observación surgió de otro trabajo liderado por Luigi Piro del INAF, que también es coautor del nuevo artículo. En su trabajo anterior, los investigadores habían identificado la emisión persistente en la galaxia anfitriona de esta FRB, pero aún no habían medido la posición con la precisión suficiente para asociar los dos fenómenos.
“En este nuevo trabajo, realizamos una campaña a mayor resolución espacial con el VLA, junto con observaciones en diferentes bandas con el interferómetro NOEMA y el Gran Telescopio Canarias (GranTeCan), que nos permitieron reconstruir la imagen general de la galaxia y descubrir la presencia de una fuente de radio compacta –la burbuja de plasma de las FRB– inmersa en la región de formación estelar”, añade Piro.
«Mientras tanto, el modelo teórico de la nebulosa también se había publicado, lo que nos permitió probar su validez y, finalmente, confirmar el modelo en sí mismo».
La mayor parte del trabajo se centró en excluir que la emisión de radio persistente provenga de una región de formación estelar y, por lo tanto, no esté vinculada físicamente a la fuente de las FRB. Para este propósito, las observaciones de NOEMA en la banda milimétrica midieron la cantidad de polvo, que es un trazador de regiones de formación estelar «oscuras», mientras que las observaciones ópticas de GranTeCan midieron la emisión del hidrógeno ionizado, que también es un trazador de la tasa de formación estelar.
«Las observaciones ópticas fueron un elemento importante para estudiar la región de las FRB con una resolución espacial similar a la de las observaciones de radio», señala la coautora Eliana Palazzi del INAF en Bolonia. «Cartografiar la emisión de hidrógeno con un nivel de detalle tan alto nos permitió derivar la tasa de formación estelar local, que consideramos demasiado baja para justificar la emisión de radio continua».
La mayoría de las FRB no presentan emisiones persistentes. Hasta ahora, este tipo de emisión solo se había asociado con dos FRB, ambas con un brillo tan bajo que no permitía verificar el modelo propuesto.
La FRB20201124A, en cambio, se encuentra a una distancia grande, pero no excesiva, lo que permitió medir la emisión persistente a pesar de su bajo brillo. Comprender la naturaleza de las emisiones persistentes permite a los investigadores añadir una pieza al rompecabezas sobre la naturaleza de estas misteriosas fuentes cósmicas.
Con información de Nature
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