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

Ráfagas de radio rápidas, o FRB, son cortos, intensos destellos de ondas de radio que se cree que son el producto de pequeños, distante, objetos extremadamente densos, aunque exactamente cuáles podrían ser esos objetos es un misterio de larga data en astrofísica. Los FRB suelen durar unos pocos milisegundos, durante ese tiempo pueden eclipsar 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 esparcidas por todo el universo. fuera de nuestra propia galaxia. En la mayor parte, estas detecciones fueron excepcionales, 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 patrón discernible.

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

Los astrónomos observaron que este patrón de 16 días de ráfagas de radio rápidas se repitió constantemente durante 500 días de observaciones. "Este FRB del que estamos informando 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 a partir de una de estas fuentes. Y es una gran pista que podemos usar para comenzar a buscar la física de lo que está causando estos destellos brillantes, que nadie entiende realmente ".

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

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

Una vista de radio

En 2017, CHIME fue erigido en el Dominion Radio Astrophysical Observatory en British Columbia, donde rápidamente comenzó a detectar ráfagas de radio rápidas de galaxias en todo el universo, miles de millones de años luz de la Tierra.

CHIME consta de cuatro antenas grandes, cada uno del tamaño y la forma de un half-pipe de snowboard, y está diseñado sin partes móviles. En lugar de girar para enfocar diferentes partes del cielo, CHIME mira fijamente a 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 hasta una región de batido de estrellas en las afueras de una galaxia espiral masiva, 500 millones de años luz de la Tierra. La fuente es la fuente FRB más activa que CHIME ha 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, un patrón comenzó a surgir:una o dos ráfagas ocurrirían durante cuatro días, seguido de un período de 12 días sin ráfagas, después de lo cual el patrón se repetiría. Este ciclo de 16 días se repitió 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 hay detrás de este nuevo ritmo extragaláctico es un gran desconocido, aunque el equipo explora algunas ideas en su nuevo artículo. Una posibilidad es que las ráfagas periódicas pueden provenir de un solo objeto compacto, como una estrella de neutrones, que es tanto girar como tambalearse, un fenómeno astrofísico conocido como precesión. Suponiendo que las ondas de radio emanan de una ubicación fija en el objeto, si el objeto gira a lo largo de un eje y ese eje solo apunta hacia la dirección de la Tierra cada cuatro de los 16 días, luego observaríamos las ondas de radio como ráfagas periódicas.

Otra posibilidad involucra un sistema binario, como una estrella de neutrones que orbita otra estrella de neutrones o un agujero negro. Si la primera estrella de neutrones emite ondas de radio, y está en una órbita excéntrica que lo acerca brevemente al segundo objeto, las mareas entre los dos objetos podrían ser lo suficientemente fuertes como para hacer que la primera estrella de neutrones se deforme y explote brevemente antes de alejarse. 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 nube de gas, luego, 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.

"Quizás la fuente siempre esté emitiendo estas ráfagas, pero solo los 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 las que no son periódicas o incluso repetidas, puede tener su origen 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 poco misteriosos, 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 de ráfagas de radio rápidas. A finales de abril CHIME captó una señal que parecía una ráfaga de radio rápida, viniendo de un magnetar en llamas, unos 30, 000 años luz de la Tierra. Si se confirma la señal, este sería el primer FRB detectado dentro de nuestra propia galaxia, así como la evidencia más convincente de magnetares como fuente de estas misteriosas chispas cósmicas.