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Los astrónomos detectan el ritmo regular de las ondas de radio, con orígenes desconocidos

Un equipo de astrónomos, incluidos investigadores del MIT, ha detectado un curioso ritmo repetido de ráfagas de radio rápidas que emanan de una fuente desconocida fuera de nuestra galaxia, a 500 millones de años luz de distancia.

Las ráfagas de radio rápidas, o FRB, son destellos cortos e intensos de ondas de radio que se cree que son el producto de objetos pequeños, distantes y extremadamente densos, aunque exactamente lo que esos objetos podrían ser es un misterio de larga data en astrofísica. Los FRB suelen durar unos pocos milisegundos, durante los cuales pueden eclipsar a galaxias enteras.

Desde que se observó el primer FRB en 2007, los astrónomos han catalogado más de 100 ráfagas de radio rápidas de fuentes distantes dispersas por todo el universo, fuera de nuestra propia galaxia. En su mayor parte, estas detecciones fueron únicas, parpadeando brevemente antes de desaparecer por completo. En un puñado de casos, los astrónomos observaron ráfagas de radio rápidas varias veces desde la misma fuente, aunque sin un patrón discernible.

Esta nueva fuente de FRB, que el equipo ha catalogado como FRB 180916.J0158 + 65, es el primero en producir un patrón periódico o cíclico de ráfagas de radio rápidas. El patrón comienza con una ventana ruidosa de cuatro días, durante la cual la fuente emite ráfagas aleatorias de ondas de radio, seguidas de un período de silencio de radio de 12 días.

Los astrónomos observaron que este patrón de 16 días de ráfagas de radio rápidas volvía a ocurrir consistentemente durante 500 días de observaciones.

» Este FRB que estamos reportando ahora es como un reloj», dice Kiyoshi Masui, profesor asistente de física en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT. «Es el patrón más definitivo que hemos visto de una de estas fuentes. Y es una gran pista que podemos usar para empezar a buscar la física de lo que está causando estos destellos brillantes, que nadie entiende realmente.»

Masui es miembro de CHIME / FRB collaboration, un grupo de más de 50 científicos liderado por la Universidad de Columbia Británica, la Universidad McGill, la Universidad de Toronto y el Consejo Nacional de Investigación de Canadá, que opera y analiza los datos del Experimento canadiense de Mapeo de Intensidad de Hidrógeno, o CHIME, un radiotelescopio en Columbia Británica que fue el primero en captar señales de la nueva fuente periódica de FRB.

La Colaboración CHIME/FRB ha publicado los detalles de la nueva observación hoy en la revista Nature.

Una vista de radio

En 2017, CHIME se erigió en el Observatorio Astrofísico Dominion Radio en Columbia Británica, donde rápidamente comenzó a detectar ráfagas de radio rápidas de galaxias de todo el universo, a miles de millones de años luz de la Tierra.

CHIME consta de cuatro antenas grandes, cada una del tamaño y la forma de una media tubería de snowboard, y está diseñada sin partes móviles. En lugar de girar para enfocarse en diferentes partes del cielo, CHIME mira fijamente todo el cielo, utilizando el procesamiento de señales digitales para identificar la región del espacio donde se originan las ondas de radio entrantes.

De septiembre de 2018 a febrero de 2020, CHIME seleccionó 38 ráfagas de radio rápidas de una sola fuente, FRB 180916.J0158 + 65, que los astrónomos rastrearon a una región de agitación estelar en las afueras de una galaxia espiral masiva, a 500 millones de años luz de la Tierra. La fuente es la fuente de FRB más activa que CHIME haya detectado hasta ahora, y hasta hace poco era la fuente de FRB más cercana a la Tierra.

A medida que los investigadores trazaron cada una de las 38 ráfagas a lo largo del tiempo, comenzó a surgir un patrón: Una o dos ráfagas ocurrirían en cuatro días, seguidas de un período de 12 días sin ninguna ráfaga, después de lo cual el patrón se repetiría. Este ciclo de 16 días ocurrió una y otra vez durante los 500 días que observaron la fuente.

«Estas ráfagas periódicas son algo que nunca antes habíamos visto, y es un fenómeno nuevo en astrofísica», dice Masui.

Escenarios circulares

Exactamente qué fenómeno está detrás de este nuevo ritmo extragaláctico es una gran desconocida, aunque el equipo explora algunas ideas en su nuevo artículo. Una posibilidad es que las ráfagas periódicas provengan de un único objeto compacto, como una estrella de neutrones, que está girando y tambaleándose, un fenómeno astrofísico conocido como precesión. Suponiendo que las ondas de radio están emanando de una ubicación fija en el objeto, si el objeto está girando a lo largo de un eje y ese eje solo apunta hacia la dirección de la Tierra cada cuatro de 16 días, entonces observaríamos las ondas de radio como ráfagas periódicas.

Otra posibilidad implica un sistema binario, como una estrella de neutrones orbitando otra estrella de neutrones o agujero negro. Si la primera estrella de neutrones emite ondas de radio, y está en una órbita excéntrica que la acerca brevemente al segundo objeto, las mareas entre los dos objetos podrían ser lo suficientemente fuertes como para causar que la primera estrella de neutrones se deforme y explote brevemente antes de que se aleje. Este patrón se repetiría cuando la estrella de neutrones retroceda a lo largo de su órbita.

Los investigadores consideraron un tercer escenario, que involucra una fuente emisora de radio que rodea una estrella central. Si la estrella emite un viento, o una nube de gas, entonces cada vez que la fuente pasa a través de la nube, el gas de la nube podría aumentar periódicamente las emisiones de radio de la fuente.

«Tal vez la fuente siempre esté emitiendo estas ráfagas, pero solo las vemos cuando atraviesa estas nubes, porque las nubes actúan como una lente», dice Masui.

Quizás la posibilidad más emocionante es la idea de que este nuevo FRB, e incluso aquellos que no son periódicos o incluso repetitivos, pueden originarse en magnetares, un tipo de estrella de neutrones que se cree que tiene un campo magnético extremadamente poderoso. Los detalles de los magnetares siguen siendo un misterio, pero los astrónomos han observado que ocasionalmente liberan cantidades masivas de radiación a través del espectro electromagnético, incluida la energía en la banda de radio.

«La gente ha estado trabajando en cómo hacer que estos magnetares emitan ráfagas de radio rápidas, y esta periodicidad que hemos observado se ha trabajado desde entonces en estos modelos para averiguar cómo encaja todo esto», dice Masui.

Muy recientemente, el mismo grupo hizo una nueva observación que apoya la idea de que los magnetares pueden de hecho ser una fuente viable para ráfagas de radio rápidas. A finales de abril, CHIME captó una señal que parecía una ráfaga de radio rápida, procedente de un magnetar en llamas, a unos 30.000 años luz de la Tierra. Si se confirma la señal, esta sería la primera FRB detectada dentro de nuestra propia galaxia, así como la evidencia más convincente de magnetares como fuente de estas misteriosas chispas cósmicas.

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