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Astrônomos detectar o ritmo regular das ondas de rádio, com origens desconhecidas

Uma equipe de astrônomos, incluindo investigadores do MIT, pegou em um curioso, repetindo o ritmo de fast rádio rajadas emanando de uma fonte desconhecida fora da nossa galáxia, a 500 milhões de anos-luz de distância.Rajadas rápidas de rádio, ou FRBs, são curtos e intensos flashes de ondas de rádio que se pensa serem o produto de objetos pequenos, distantes e extremamente densos, embora exatamente o que esses objetos podem ser é um mistério de longa data na astrofísica. FRBs normalmente duram alguns milisegundos, durante o qual eles podem ofuscar galáxias inteiras.

desde que a primeira FRB foi observada em 2007, os astrônomos catalogaram mais de 100 rápidas explosões de rádio de fontes distantes espalhadas pelo universo, fora da nossa própria galáxia. Na maioria das vezes, essas detecções eram pontuais, piscando brevemente antes de desaparecer completamente. Em um punhado de casos, astrônomos observaram rápidas explosões de rádio várias vezes da mesma fonte, embora sem um padrão discernível.

esta nova fonte FRB, que a equipa catalogou como FRB 180916.J0158+65, é o primeiro a produzir um padrão periódico ou cíclico de rajadas de rádio rápidas. O padrão começa com uma janela barulhenta de quatro dias, durante a qual a fonte emite ondas aleatórias de ondas de rádio, seguido por um período de 12 dias de silêncio de rádio.

os astrônomos observaram que este padrão de 16 dias de ondas de rádio rápidas reapareceu consistentemente ao longo de 500 dias de observações.

“este FRB que estamos relatando agora é como um relógio”, diz Kiyoshi Masui, professor assistente de física no Instituto Kavli do MIT para Astrofísica e Pesquisa Espacial. “É o padrão mais definitivo que vimos de uma dessas fontes. E é uma grande pista que podemos usar para começar a caçar a física do que está causando esses clarões brilhantes, que ninguém realmente entende.”

Masui é um membro do CHIME/FRB colaboração, um grupo de mais de 50 cientistas liderada pela Universidade de British Columbia, Universidade McGill, Universidade de Toronto, e o Conselho Nacional de Investigação do Canadá, que opera e analisa os dados da Canadense Hidrogênio Intensidade de Mapeamento de Experiência, ou toque, um telescópio de rádio em British Columbia, que foi o primeiro a captar sinais do novo periódico FRB de origem.

a colaboração CHIME / FRB publicou os detalhes da nova observação de hoje na revista Nature.

uma vista de rádio

em 2017, CHIME foi erigido no Observatório de rádio Astrofísica Dominion na Colúmbia Britânica, onde rapidamente começou a detectar rápidas explosões de rádio de galáxias em todo o universo, bilhões de anos-luz da Terra.

CHIME consiste em quatro grandes antenas, cada uma com o tamanho e a forma de um meio-tubo de snowboarding, e é projetado sem partes móveis. Em vez de girar para se concentrar em diferentes partes do céu, CHIME olha fixamente para todo o céu, usando o processamento de sinal digital para identificar a região do espaço onde as ondas de rádio recebidas são originárias.

de setembro de 2018 a fevereiro de 2020, CHIME escolheu 38 rajadas de rádio rápidas de uma única fonte, FRB 180916.J0158 + 65, que os astrônomos rastrearam até uma região de aglomeração de estrelas nos arredores de uma galáxia espiral massiva, a 500 milhões de anos-luz da Terra. A fonte é a fonte FRB mais ativa que CHIME já detectou, e até recentemente era a fonte FRB mais próxima da Terra.Como os pesquisadores traçaram cada uma das 38 rajadas ao longo do tempo, um padrão começou a surgir: uma ou duas rajadas ocorreriam ao longo de quatro dias, seguido por um período de 12 dias sem nenhuma rajada, após o que o padrão se repetiria. Este ciclo de 16 dias ocorreu uma e outra vez ao longo dos 500 dias que eles observaram a fonte.”Essas explosões periódicas são algo que nunca vimos antes, e é um fenômeno novo na astrofísica”, diz Masui.

circling scenarios

Exactly what phenomenon is behind this new extragalactic rhythm is a big unknown, although the team explores some ideas in their new paper. Uma possibilidade é que as rajadas periódicas possam vir de um único objeto compacto, como uma estrela de nêutrons, que está girando e Oscilando — um fenômeno astrofísico conhecido como precessão. Assumindo que as ondas de rádio estão emanando de uma localização fixa no objeto, se o objeto está girando ao longo de um eixo e esse eixo é apenas apontado para a direção da Terra a cada quatro em 16 dias, então nós observaríamos as ondas de rádio como explosões periódicas.Outra possibilidade envolve um sistema binário, como uma estrela de nêutrons orbitando outra estrela de nêutrons ou buraco negro. Se a primeira estrela de nêutron emite ondas de rádio, e está em uma órbita excêntrica que brevemente traz fechar para o segundo objeto, as marés entre dois objetos pode ser forte o suficiente para causar a primeira estrela de nêutrons a deformação e ruptura, brevemente, antes de ele se afasta. Este padrão se repetiria quando a estrela de nêutrons balançar de volta ao longo de sua órbita.

os pesquisadores consideraram um terceiro cenário, envolvendo uma fonte de emissão de rádio que circunda uma estrela central. Se a estrela emite um vento, ou nuvem de gás, então cada vez que a fonte passa através da nuvem, o gás da nuvem pode periodicamente aumentar as emissões de rádio da fonte.

“talvez a fonte esteja sempre dando essas explosões, mas nós só as vemos quando ela está passando por essas nuvens, porque as nuvens agem como uma lente”, diz Masui.

talvez a possibilidade mais excitante seja a ideia de que este novo FRB, e mesmo aqueles que não são periódicos ou mesmo repetidos, pode ter origem de magnetares — um tipo de estrela de nêutrons que se pensa ter um campo magnético extremamente poderoso. Os detalhes dos magnetares ainda são um pouco misteriosos, mas os astrônomos têm observado que eles ocasionalmente liberam quantidades maciças de radiação através do espectro eletromagnético, incluindo energia na banda de rádio.

“as pessoas têm trabalhado em como fazer com que esses magnetares emitam rajadas de rádio rápidas, e esta periodicidade que observamos tem sido trabalhada desde então nesses modelos para descobrir como tudo isso se encaixa”, diz Masui.

muito recentemente, o mesmo grupo fez uma nova observação que apoia a ideia de que magnetares podem de fato ser uma fonte viável para explosões rápidas de rádio. No final de abril, CHIME captou um sinal que parecia uma rápida explosão de rádio, vindo de um magnetar flamejante, a cerca de 30.000 anos-luz da Terra. Se o sinal for confirmado, Esta seria a primeira FRB detectada na nossa própria galáxia, bem como a evidência mais convincente de magnetares como fonte destas misteriosas faíscas cósmicas.

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