Las ráfagas de radio rápidas, o FRB, son uno de los mayores misterios de nuestro universo. Viniendo del espacio profundo, estos estallidos pueden destellar y desvanecerse en cuestión de milisegundos, pero en cada caso pueden liberar tanta energía como el sol en un año. Aparecen por todo el cielo varias veces al día, pero la mayoría parecen ser eventos únicos y, por lo tanto, son difíciles de detectar. Descubiertos por primera vez en 2007, los FRB han desafiado y tentado a los científicos que buscan descubrir sus orígenes oscuros y usarlos como herramientas únicas para sondear las profundidades del espacio intergaláctico.
Ahora, utilizando el radiotelescopio de plato único más grande del mundo, un equipo internacional ha informado del mayor conjunto de eventos de FRB jamás detectado en la historia. Según su artículo publicado en Naturaleza hoy, entre agosto y octubre de 2019, el radiotelescopio esférico de apertura de quinientos metros (FAST) en el suroeste de China registró un total de 1.652 estallidos breves y brillantes de una sola fuente de FRB repetida en una galaxia enana a tres mil millones de años luz de distancia. Además de aumentar drásticamente el número total de eventos FRB conocidos, las observaciones también revelaron una amplia gama de brillos entre los eventos registrados, ofreciendo nuevas pistas sobre la naturaleza astrofísica de su misteriosa fuente.
“El estudio es muy completo, con un nivel de detalles y sensibilidad que nunca antes habíamos tenido”, dice la astrofísica Emily Petroff de la Universidad de Amsterdam en los Países Bajos y la Universidad McGill en Canadá, que no participa en la investigación. “Estos análisis en profundidad de fuentes individuales serán una de las principales prioridades en la investigación de FRB en un futuro próximo”.
Un grupo de ráfagas
Los primeros FRB golpearon a los astrofísicos como rayos en un cielo azul claro; ninguna teoría había predicho su existencia. Al principio, los investigadores tenían poca idea de lo que podrían ser las explosiones y se apresuraron a pensar en ideas. Las explicaciones para los FRB han variado desde enormes erupciones magnéticas sobre estrellas de neutrones en rotación hasta las emisiones de naves espaciales alienígenas que saltan estrellas. Durante un tiempo, antes de que FAST y otros telescopios de búsqueda de FRB comenzaran a operar, de todos modos, la broma entre los teóricos era que las teorías de FRB superaban en número a los eventos conocidos de FRB.
No fue hasta 2016 que los observadores detectaron la primera fuente repetida, denominada FRB 121102. Las estadísticas extraídas del catálogo de detecciones en constante expansión ahora han revelado que alrededor del 20 por ciento de las FRB ocurren más de una vez, y estas fuentes repetidas permiten a los astrónomos hacer más observaciones detalladas de seguimiento. FRB 121102 es la fuente de este tipo mejor estudiada hasta ahora. Antes de la veta madre de nuevos eventos de FAST, los científicos que usaban otros radiotelescopios habían informado cerca de 350 FRB de esta fuente, que se encuentra en una galaxia donde están tomando forma muchas estrellas jóvenes. “Con una fuente repetitiva, otros telescopios suelen obtener entre dos y cien pulsos. FAST hizo más de mil, lo cual es asombroso ”, dice Petroff.
Gracias a la sensibilidad sin precedentes de FAST, puede captar pulsos menos energéticos que otros telescopios no pueden, dice Di Li, autor principal del artículo y científico principal de FAST. Cuando el equipo realizó observaciones de prueba durante la fase de puesta en servicio del telescopio, notaron que FRB 121102 estaba en un frenesí de actividad, emitiendo con frecuencia pulsos brillantes. Entonces, decidieron dedicar alrededor de una hora todos los días para monitorearlo. Las ráfagas resultaron ser mucho más intensas de lo esperado. Durante algunos episodios, hubo aproximadamente uno cada 30 segundos.
Las ráfagas se dividieron en dos tipos: unas con alto brillo y otras con bajo brillo. Esto puede apuntar a dos mecanismos físicos distintos que son responsables de las explosiones, dice el coautor del estudio Duncan Lorimer, de la Universidad de West Virginia, quien co-descubrió el primer FRB en 2007.
Sin embargo, todavía no está claro cuáles son esos mecanismos. Aun así, debido a que el conjunto de pulsos exhibió energías tan altas y no mostró ninguna periodicidad a corto plazo (lo que sugeriría una fuente que gira u orbita a un ritmo establecido), Li cree que él y sus colaboradores han restringido severamente la posibilidad de que FRB 121102 proviene de un objeto compacto aislado, como una estrella de neutrones en rotación o un agujero negro.
Otros dudan en sacar la misma conclusión. Por ejemplo, la fuente de FRB 121102 aún podría ser una magnetar, un tipo especial de estrella de neutrones con un campo magnético de superficie extremadamente fuerte, dice el físico teórico Zigao Dai de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China en Hefei. Los magnetares pueden experimentar “terremotos estelares” cuando sus capas externas se ajustan bajo el estrés causado por cambios repentinos en los campos magnéticos estelares. Al igual que un terremoto en la Tierra puede ser desencadenado por diferentes mecanismos, como los movimientos de las placas tectónicas o el impacto de un asteroide, “sigue siendo posible que un magnetar, por ejemplo, atraviese terremotos y sea golpeado con frecuencia por asteroides alrededor también, un escenario probable en la galaxia [FRB 121102] vive en ”, explica Dai.
FRB en la vía FAST
“FAST es realmente excelente en estudios como este: análisis en profundidad de fuentes repetidas”, dice Lorimer. Si bien no es especialmente experto en encontrar FRB, su enorme sensibilidad le permite detectar cosas que otros telescopios pasan por alto. Esta es la razón por la que para los estudios de FRB, FAST funciona mejor en conjunto con otros radiotelescopios, como el Experimento Canadiense de Mapeo de Intensidad de Hidrógeno (CHIME), que es una potencia para detectar FRB en cualquier parte del cielo gracias a su amplio campo de visión.
A principios de este año, FAST anunció su segunda convocatoria abierta de propuestas, con entre el 15 y el 20 por ciento del tiempo total de observación del telescopio disponible para la comunidad internacional. FAST se completó en 2016, reemplazando al icónico Telescopio de Arecibo en Puerto Rico como el radiotelescopio de plato único más grande del mundo.
Petroff, que es miembro de la colaboración CHIME / FRB, dice que su equipo ahora ha solicitado y ha sido recompensado por observar el tiempo en FAST. Según Li, ya han comenzado las observaciones para los programas internacionales aprobados. Como los viajes internacionales todavía están restringidos debido a COVID-19, los científicos extranjeros están limitados por ahora a operaciones remotas y deben presentar una prueba de identidad, generalmente una copia de la página de información de su pasaporte, para el acceso.
“Hemos estado trabajando con científicos individuales para reducir sus preocupaciones y explorar formas alternativas de enviar información personal”, señala Li. “El personal de FAST les da una calurosa bienvenida para que vengan a visitarlos una vez que se normalicen los viajes internacionales, con suerte pronto”.
Futuros radicales
FAST seguirá monitoreando FRB 121102 mientras busca otras fuentes repetidas, dice Li. De hecho, bromea, su equipo ha estado trabajando en otra fuente, aún no revelada públicamente, que se comporta “más radicalmente” que el FRB 121102. Estudiando sistemas FRB corrientes y “radicales”, dice Dai , es crucial para comprender qué es y qué no es posible para los FRB y, por lo tanto, cuál debe ser su verdadera naturaleza. Lograr más avances, dicen él y otros expertos, probablemente requiera los esfuerzos coordinados de múltiples telescopios alrededor del mundo que observen en muchos tipos diferentes de luz celeste, así como también en neutrinos y ondas gravitacionales.
“Yo diría que la astronomía FRB todavía está en una fase adolescente”, dice Lorimer. “Sabemos mucho sobre los FRB, pero todavía hay una serie de ‘problemas de crecimiento’ con muchas de las teorías”. El siguiente paso es continuar identificando galaxias de origen para tantas fuentes como sea posible, llevando a cabo análisis en profundidad de sistemas individuales como Li y su equipo han hecho con FAST. Con un esfuerzo considerable y, tal vez, un poco de suerte para encontrar repetidores más frenéticos y FRB radicales únicos, los científicos pronto podrán resolver el profundo misterio cósmico de los FRB y abrir una nueva ventana a los fenómenos astrofísicos de corta duración y alta energía. que llenan el universo.
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