Los astrónomos detectan un ritmo regular de ondas de radio, con orígenes desconocidos.

CHIME, ilustrado aquí, 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, buscando fuentes rápidas de ráfagas de radio en todo el Universo.
Crédito Imagen: Colaboración CHIME
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La señal de 500 millones de años luz de distancia es el primer patrón periódico de ráfagas de radio detectadas.

Un equipo de astrónomos, incluidos investigadores del Massachusetts Institute of Technology (MIT), ha captado un curioso y repetitivo ritmo 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 (Fast Radio Bursts), 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 podrían ser esos objetos es un misterio de larga data en Astrofísica. Los FRB suelen durar unos pocos milisegundos, tiempo durante el cual 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 dispersas en todo el Universo, fuera de nuestra propia galaxia. En su mayor parte, estas detecciones fueron únicas, parpadearon 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 la primera en producir un patrón periódico o cíclico de ráfagas de radio rápidas. El patrón comienza con una ruidosa ventana de cuatro días, durante la cual la fuente emite ráfagas aleatorias de ondas de radio, seguidas de un período de 12 días de silencio de radio.

Los astrónomos observaron que este patrón de 16 días de ráfagas de radio rápidas se repitió constantemente durante 500 días de observaciones.

«Este FRB 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 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 realmente entiende «.

Masui es miembro de la colaboración CHIME / FRB, un grupo de más de 50 científicos liderados 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 Canadá. El 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.

El Radiotelescopio CHIME diseñado para responder preguntas importantes en Astrofísica y Cosmología. Crédito: CHIME.

Una vista de radio.

En 2017, CHIME se erigió en el Observatorio Astrofísico de Radio Dominion en Columbia Británica, donde rápidamente comenzó a detectar ráfagas de radio rápidas de galaxias en 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 señal digital para identificar la región del espacio donde se originan las ondas de radio entrantes.

Desde Septiembre de 2018 hasta 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 agitatada de estrellas en las afueras de una galaxia espiral masiva, a 500 millones de años luz de Tierra. La fuente es la fuente FRB más activa que CHIME ha detectado hasta ahora, y hasta hace poco era la fuente 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 durante cuatro días, seguidas de un período de 12 días sin ninguna explosión, 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 explosiones periódicas son algo que nunca hemos visto antes, y es un fenómeno nuevo en Astrofísica», dice Masui.

Escenarios circulares.

Exactamente qué fenómeno está 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 explosiones periódicas provengan de un único objeto compacto, como una estrella de neutrones, que gira y tambalea, 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, entonces observaríamos las ondas de radio como explosiones periódicas.

Otra posibilidad implica un sistema binario, como una estrella de neutrones que orbita alrededor de 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 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, 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 emite estas ráfagas, pero solo las vemos cuando atraviesan 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 en estos modelos para descubrir cómo encaja todo esto», dice Masui.

Muy recientemente, el mismo grupo hizo una nueva observación que respalda la idea de que los magnetares pueden ser una fuente viable de ráfagas de radio rápidas. A fines de Abril, CHIME captó una señal que parecía una rápida explosión de radio, proveniente de una magnetar encendida, 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 los magnetares como fuente de estas misteriosas chispas cósmicas.

Fuente: Massachusetts Institute of Technology, (MIT).

Artículo original: Astronomers detect regular rhythm of radio waves, with origins unknown. Jennifer Chu | MIT News Office, June 17, 2020.

Material relacionado:

¿Qué son los FRB?

En el siguiente video, el Dr. Keith Bannister de CSIRO explica lo que sabemos sobre las ráfagas rápidas de radio y cómo utilizan el telescopio más nuevo, ASKAP, para detectar y comprender estos misteriosos fenómenos espaciales:

_ Las ráfagas de radio rápidas son pulsos de milisegundos de origen desconocido que fueron descubiertos por los astrónomos en 2007. Una década más tarde, con solo dos docenas de ráfagas conocidas, las ráfagas de radio rápidas siguen siendo fuentes enigmáticas que son paralelas a los primeros días de la astronomía de los rayos gamma en la década de 1970 . El Rrofesor Lorimer, su descubridor, cuenta la historia del descubrimiento de los «Fast Radio Bursts», resume lo que sabemos hasta ahora, describe las oportunidades científicas que presentan estas explosiones y hace predicciones de lo que aprenderemos en la próxima década:

_ Los astrónomos han mirado las galaxias donde se han producido FRBs, descartando los agujeros negros supermasivos como causa y acercándonos un paso más a la comprensión de los orígenes de estas misteriosas señales del espacio exterior:

El radiotelescopio ASKAP de CSIRO en Australia Occidental detectando FRB. 
La nueva investigación de Bhandari, publicada el 1 de Junio en 
The Astrophysical Journal Letters , revela que cuatro FRB provienen de galaxias masivas que forman nuevas estrellas. Dijeron que los FRB se originaron no desde el centro de las galaxias, sino desde los bordes exteriores. 
Crédito imagen: CSIRO.

Sobre los magnetars:

Una ruptura en la corteza de una estrella de neutrones altamente magnetizada, que se muestra aquí en la representación de un artista, puede desencadenar erupciones de alta energía. 
Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA / S. Wiessinger.

_ Revisando los distintos tipos de estrellas de neutrones:

  • Neutron Stars. Imagine the Universe. Nasa Goddard Space Flight Center.

_ Cómo se forma un Magnetar:

Los magnetares son los extraños remanentes superdensos de explosiones de supernovas. Son los imanes más potentes conocidos en el universo — millones de veces más potentes que los imanes más fuertes de la Tierra. Utilizando el telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO, un equipo de astrónomos europeos cree haber hallado, por primera vez, a la estrella compañera de un magnetar. Este descubrimiento ayuda a explicar cómo se forman los magnetares — un enigma de hace 35 años — y por qué esta estrella particular no colapsó en agujero negro tal y como esperarían los astrónomos.

El siguiente artículo lo presenta:

Curiosidades:

Simulando un magnetar en el laboratorio buscando una partícula de Materia Oscura.

ABRACADABRA (un enfoque de banda ancha / resonante para la detección de axiones cósmicos con un aparato de anillo amplificador de campo B), consta de una serie de bobinas magnéticas, enrolladas en forma de toroide o rosquilla, que luego se encapsula en una capa de metal superconductor y mantenido a temperaturas justo por encima del cero absoluto. 
Los científicos planean usar un magnetómetro altamente sensible, colocado dentro del agujero de la rosquilla, para detectar cualquier signo de influencia de los axiones.
Crédito Imagen: Daniel Winklehner

Los axiones son partículas elementales hipotéticas que se cree que se encuentran entre las partículas más ligeras del universo, aproximadamente una quintillonésima parte del tamaño de un protón. Estas partículas ultraligeras son prácticamente invisibles, pero si existen, los axiones y otras partículas aún no observadas pueden constituir el 80 por ciento del material en el universo, en forma de materia oscura.

Un equipo del MIT propone un experimento para detectar axiones simulando un fenómeno astrofísico extremo conocido como magnetar, un tipo de estrella de neutrones que genera un campo magnético inmensamente poderoso. Los físicos razonaron que, en presencia de un axión, un campo magnético tan grande debería fluctuar muy ligeramente, produciendo un segundo campo magnético mucho más pequeño como una firma del propio axión.

Diseñaron un experimento para recrear la física de un magnetar en un entorno de laboratorio controlado, utilizando tecnología prestada de la resonancia magnética (MRI).

El siguiente artículo lo presenta:

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