Desde su descubrimiento en 2007, las ráfagas rápidas de radio (pulsos de luz de radiofrecuencia extremadamente energéticos) han iluminado el cielo en repetidas ocasiones, lo que ha llevado a los astrónomos a investigar su origen. En la actualidad, se han confirmado cientos de ráfagas rápidas de radio (FRB, por sus siglas en inglés) y los científicos han reunido cada vez más pruebas de lo que las desencadena: estrellas de neutrones altamente magnetizadas conocidas como magnetares (las estrellas de neutrones son un tipo de estrella muerta).
Una prueba clave se obtuvo cuando un magnetar entró en erupción en nuestra propia galaxia y varios observatorios, incluido el proyecto STARE2 (Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2) de Caltech, captaron la acción en tiempo real.
Ahora, los investigadores dirigidos por Caltech han descubierto dónde es más probable que se produzcan FRB en el universo: en galaxias masivas formadoras de estrellas en lugar de galaxias de baja masa. Este hallazgo, a su vez, ha dado lugar a nuevas ideas sobre cómo se forman los propios magnetares. En concreto, el trabajo sugiere que estas exóticas estrellas muertas, cuyos campos magnéticos son 100 billones de veces más fuertes que los de la Tierra, se forman a menudo cuando dos estrellas se fusionan y luego estallan en una supernova.
Hasta ahora no estaba claro si los magnetares se forman de esta manera, a partir de la explosión de dos estrellas fusionadas, o si podrían formarse cuando explota una sola estrella.
«La inmensa potencia de salida de los magnetares los convierte en algunos de los objetos más fascinantes y extremos del universo», dice Kritti Sharma, autora principal del nuevo estudio y estudiante de posgrado que trabaja con Vikram Ravi, profesor adjunto de astronomía en Caltech. «Se sabe muy poco sobre qué causa la formación de magnetares tras la muerte de estrellas masivas. Nuestro trabajo ayuda a responder a esta pregunta».
El proyecto comenzó con una búsqueda de FRB utilizando el Deep Synoptic Array-110 (DSA-110), un proyecto de Caltech con sede en el Observatorio de Radio Owens Valley cerca de Bishop, California. Hasta la fecha, el extenso conjunto de radio ha detectado y localizado 70 FRB en su galaxia de origen específica (solo otros 23 FRB han sido localizados por otros telescopios). Los investigadores analizaron 30 de estos FRB localizados. El artículo se publica en Nature.
«DSA-110 ha más que duplicado el número de FRB con galaxias anfitrionas conocidas», dice Ravi. «Para eso construimos el conjunto».
Aunque se sabe que los FRB se producen en galaxias que están formando estrellas activamente, el equipo, para su sorpresa, descubrió que tienden a ocurrir con más frecuencia en galaxias formadoras de estrellas masivas que en galaxias formadoras de estrellas de baja masa. Esto por sí solo fue interesante porque los astrónomos habían pensado previamente que los FRB se producían en todos los tipos de galaxias activas.
Con esta nueva información, el equipo comenzó a reflexionar sobre lo que revelaban los resultados sobre los FRB. Las galaxias masivas tienden a ser ricas en metales porque los metales de nuestro universo (elementos fabricados por las estrellas) tardan en acumularse a lo largo de la historia cósmica. El hecho de que las FRB sean más comunes en estas galaxias ricas en metales implica que la fuente de las FRB, los magnetares, también son más comunes en este tipo de galaxias.
Las estrellas ricas en metales (que en términos astronómicos significa elementos más pesados que el hidrógeno y el helio) tienden a crecer más que otras estrellas. «Con el tiempo, a medida que las galaxias crecen, las sucesivas generaciones de estrellas enriquecen las galaxias con metales a medida que evolucionan y mueren», dice Ravi.
Es más, las estrellas masivas que explotan en supernovas y pueden convertirse en magnetares se encuentran más comúnmente en pares. De hecho, el 84% de las estrellas masivas son binarias. Por lo tanto, cuando una estrella masiva en una binaria se infla debido al contenido adicional de metal, su exceso de material es arrastrado hacia su estrella compañera, lo que facilita la fusión final de las dos estrellas. Estas estrellas fusionadas tendrían un campo magnético combinado mayor que el de una sola estrella.
«Una estrella con más contenido de metal se infla, impulsa la transferencia de masa, culminando en una fusión, formando así una estrella aún más masiva con un campo magnético total mayor que el que habría tenido la estrella individual», explica Sharma.
En resumen, dado que las FRB se observan preferentemente en galaxias de formación estelar masivas y ricas en metales, entonces los magnetares (que se cree que desencadenan las FRB) probablemente también se estén formando en entornos ricos en metales propicios para la fusión de dos estrellas. Por lo tanto, los resultados sugieren que los magnetares en todo el universo se originan a partir de los restos de fusiones estelares.
En el futuro, el equipo espera localizar más FRB y sus lugares de origen utilizando el DSA-110 y, eventualmente, el DSA-2000, un conjunto de radio aún más grande que se planea construir en el desierto de Nevada y que se completará en 2028.
«Este resultado es un hito para todo el equipo de DSA. Muchos de los autores de este artículo ayudaron a construir el DSA-110», dice Ravi. «Y el hecho de que el DSA-110 sea tan bueno en la localización de FRB es un buen augurio para el éxito del DSA-2000».
Con información de arXiv, Nature
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