Usando un misterio cósmico para sondear otro, Los astrónomos han analizado la señal de una ráfaga de radio rápida, una ráfaga enigmática de ondas de radio cósmicas que duran menos de un milisegundo, para caracterizar el gas difuso en el halo de una galaxia masiva.

Un gran halo de gas de baja densidad se extiende mucho más allá de la parte luminosa de una galaxia donde se concentran las estrellas. Aunque este caliente, el gas difuso constituye más masa de una galaxia que las estrellas, es casi imposible de ver. En noviembre de 2018, Los astrónomos detectaron una ráfaga de radio rápida que atravesó el halo de una galaxia masiva en su camino hacia la Tierra. permitiéndoles por primera vez obtener pistas sobre la naturaleza del gas halo a partir de una señal de radio elusiva.

"La señal de la ráfaga de radio rápida expuso la naturaleza del campo magnético alrededor de la galaxia y la estructura del gas halo. El estudio demuestra una técnica nueva y transformadora para explorar la naturaleza de los halos de las galaxias, "dijo J. Xavier Prochaska, profesor de astronomía y astrofísica en UC Santa Cruz y autor principal de un artículo sobre los nuevos hallazgos publicado en línea el 26 de septiembre en Ciencias .

Los astrónomos aún no saben qué produce ráfagas de radio rápidas, y solo recientemente han podido rastrear algunos de estos muy cortos, señales de radio muy brillantes de regreso a las galaxias en las que se originaron. La explosión de noviembre de 2018 (denominada FRB 181112) fue detectada y localizada por el instrumento que fue pionero en esta técnica, El radiotelescopio Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) de CSIRO. Las observaciones de seguimiento con otros telescopios identificaron no solo su galaxia anfitriona, sino también una galaxia brillante frente a ella.

"Cuando superponemos las imágenes ópticas y de radio, pudimos ver de inmediato que el rápido estallido de radio atravesó el halo de esta galaxia coincidente en primer plano y, por primera vez, teníamos una forma directa de investigar esta materia que de otro modo sería invisible alrededor de esta galaxia, "dijo la coautora Cherie Day de la Universidad Tecnológica de Swinburne, Australia.

Un halo galáctico contiene tanto materia oscura como materia ordinaria ("bariónica"), que se espera que sea principalmente gas ionizado caliente. Si bien la parte luminosa de una galaxia masiva podría rondar los 30, 000 años luz de diámetro, su halo aproximadamente esférico es diez veces más grande. El gas halo alimenta la formación de estrellas a medida que cae hacia el centro de la galaxia, mientras que otros procesos (como las explosiones de supernovas) pueden expulsar material fuera de las regiones de formación de estrellas y dentro del halo galáctico. Una razón por la que los astrónomos quieren estudiar el gas halo es para comprender mejor estos procesos de eyección, que puede detener la formación de estrellas.

"El gas halo es un registro fósil de estos procesos de eyección, por lo que nuestras observaciones pueden informar teorías sobre cómo se expulsa la materia y cómo los campos magnéticos pasan a través de las galaxias, "Dijo Prochaska.

Contrario a las expectativas, los resultados del nuevo estudio indican una densidad muy baja y un campo magnético débil en el halo de esta galaxia intermedia.

"El halo de esta galaxia es sorprendentemente tranquilo, "Dijo Prochaska." La señal de radio no fue perturbada en gran medida por la galaxia, que está en marcado contraste con lo que los modelos anteriores predicen que habría sucedido con el estallido ".

La señal de FRB 181112 constaba de varios pulsos, cada uno dura menos de 40 microsegundos (diez mil veces más corto que un abrir y cerrar de ojos). La corta duración de los pulsos pone un límite superior a la densidad del gas halo, porque el paso a través de un medio más denso alargaría las señales de radio. Los investigadores calcularon que la densidad del gas halo debe ser inferior a una décima parte de un átomo por centímetro cúbico (equivalente a varios cientos de átomos en un volumen del tamaño de un globo infantil).

"Como el aire brillante en un caluroso día de verano, la tenue atmósfera de esta masiva galaxia debería distorsionar la señal del rápido estallido de radio. En cambio, recibimos un pulso tan prístino y agudo que no hay ninguna firma de este gas en absoluto, "dijo el coautor Jean-Pierre Macquart, astrónomo del Centro Internacional de Investigación en Radioastronomía de la Universidad Curtin, Australia.

Las restricciones de densidad también limitan la posibilidad de turbulencias o nubes de gas frío dentro del halo ("frío" es un término relativo, refiriéndose aquí a temperaturas alrededor de 10, 000 Kelvin, versus el gas halo caliente en alrededor de 1 millón de Kelvin). "Un modelo favorito es que los halos están invadidos por nubes de gas grumoso. No encontramos evidencia de estas nubes en absoluto, "Dijo Prochaska.

La señal FRB también proporciona información sobre el campo magnético en el halo, que afecta la polarización de las ondas de radio. Al analizar la polarización en función de la frecuencia se obtiene una "medida de rotación" para el halo, que los investigadores encontraron que era muy bajo. "El campo magnético débil en el halo es mil millones de veces más débil que el de un imán de refrigerador, "Dijo Prochaska.

En este punto, con resultados de un solo halo galáctico, los investigadores no pueden decir si la densidad inesperadamente baja y la fuerza del campo magnético son inusuales o si estudios previos de halos galácticos han sobrestimado estas propiedades. ASKAP y otros radiotelescopios utilizarán ráfagas de radio rápidas para estudiar muchos más halos galácticos y resolver sus propiedades.

"Esta galaxia puede ser especial, ", Dijo Prochaska." Necesitaremos usar FRB para estudiar decenas o cientos de galaxias en un rango de masas y edades para evaluar la población completa ".