Los astrónomos descubren pistas que revelan el misterio de las ráfagas rápidas de radio

El radiotelescopio esférico de apertura de quinientos metros en Guizhou, China. 
Crédito imagen:
Bojun Wang, Jinchen Jiang y Qisheng Cui. 

El astrofísico de la UNLV, Bing Zhang, contribuye a comprender los mecanismos físicos de las ráfagas de radio rápidas en tres artículos publicados en Nature.

Las ráfagas de radio rápidas, o FRB, son poderosas ondas de radio de milisegundos de duración que provienen del espacio profundo fuera de la Vía Láctea. Ellas se encuentran entre los fenómenos astronómicos más misteriosos jamás observados. Desde que se descubrieron las FRB por primera vez en 2007, los astrónomos de todo el mundo han utilizado radiotelescopios para rastrear las ráfagas. El objetivo: buscar pistas sobre de dónde vienen y cómo se producen.

El astrofísico Bing Zhang de la UNLV y colaboradores internacionales observaron recientemente algunas de estas fuentes, lo que condujo a una serie de descubrimientos importantes. Estos fueron publicados en la revista  Nature y finalmente pueden arrojar luz sobre el mecanismo físico de los FRB.

El primer artículo, del que Zhang es autor correspondiente y teórico destacado, se publicó en la edición del 28 de Octubre de Nature. 

 “Hay dos preguntas principales sobre el origen de las FRB”, dijo Zhang. Su equipo realizó la observación utilizando el Telescopio Esférico de Apertura de Quinientos metros (FAST) en Guizhou, China.“La primera es, cuáles son los motores de las FRB y la segunda es cuál es el mecanismo para producir los FRB. Encontramos la respuesta a la segunda pregunta en este documento».

Dos teorías compiten para interpretar el mecanismo de las FRB.

Se han propuesto dos teorías en competencia para interpretar el mecanismo de las FRB. Una teoría es que son similares a las explosiones de rayos gamma (GRB), las explosiones más poderosas del universo. La otra teoría los compara con los púlsares de radio, que son estrellas de neutrones en rotación que emiten pulsos de radio brillantes y coherentes. Los modelos similares a una GRB predicen un ángulo de polarización no variable dentro de cada ráfaga. Mientras que los modelos similares a un púlsar predicen variaciones del ángulo de polarización.

Las Observaciones

El equipo usó FAST para observar una fuente de FRB repetida y descubrió 11 ráfagas de ella. Sorprendentemente, siete de las 11 ráfagas brillantes mostraron diversos cambios de ángulo de polarización durante cada ráfaga. Los ángulos de polarización no solo variaron en cada ráfaga, los patrones de variación también fueron diversos entre ráfagas. 

“Nuestras observaciones esencialmente descartan los modelos similares a las GRB y ofrecen apoyo a los modelos similares a un púlsar”, dijo K.-J. Lee. Él, es del Instituto Kavli de Astronomía y Astrofísica, Universidad de Pekín, y autor correspondiente del artículo.

Otros 4 artículos sobre las FRB resolvieron el desafío de su origen

Otros cuatro artículos sobre las FRB se publicaron en Nature el 4 de Noviembre. Estos incluyen varios artículos de investigación publicados por el equipo FAST dirigido por Zhang y colaboradores. Estos últimos son de los Observatorios Astronómicos Nacionales de China y la Universidad de Pekín. Otros investigadores también se asociaron a las publicaciones. Ellos están afiliados al Experimento Canadiense de Mapeo de la Intensidad del Hidrógeno (CHIME) y al grupo de Encuesta para Emisiones Radio Astronómicas Transitorias 2 (STARE2).

“Al igual que el primer artículo avanzó nuestra comprensión del mecanismo detrás de las FRB, estos artículos resolvieron el desafío de su origen”, explicó Zhang.

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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FRB y estallidos de rayos X en magnetares

Los magnetares son estrellas de neutrones increíblemente densas del tamaño de una ciudad que poseen los campos magnéticos más poderosos del universo. Los magnetares ocasionalmente producen rayos X cortos o ráfagas suaves de rayos gamma a través de la disipación de los campos magnéticos. Por lo que se han pensado durante mucho tiempo como fuentes plausibles para alimentar las FRB durante ráfagas de alta energía. 

La primera evidencia concluyente de esto se produjo el 28 de Abril, 2020, cuando se detectó una ráfaga de radio extremadamente brillante desde un magnetar. Está ubicado justo en nuestro patio trasero, a una distancia de aproximadamente 30,000 años luz de la Tierra en la Vía Láctea. Como era de esperar, el FRB se asoció con un estallido de rayos X brillante. 

«Ahora sabemos que los objetos más magnetizados del universo, los magnetares, pueden producir al menos algunos o posiblemente todos los FRB del universo», dijo Zhang. 

El evento fue detectado por CHIME y STARE2. Estos son dos conjuntos de telescopios con muchos radiotelescopios pequeños que son adecuados para detectar eventos brillantes en una gran área del cielo.

Las no detecciones completan la asociación FRB-magnetar

El equipo de Zhang ha estado usando FAST para observar la fuente del magnetar durante algún tiempo. Desafortunadamente, cuando ocurrió la FRB, FAST no estaba mirando la fuente. No obstante, FAST hizo algunos descubrimientos intrigantes de «no detección» y los informó en uno de los artículos de Nature del 4 de Noviembre. Durante la campaña de observación de FAST, hubo otras 29 ráfagas de rayos X emitidas por el magnetar. Sin embargo, ninguna de estas ráfagas estuvo acompañada de una ráfaga de radio. 

“Nuestras no detecciones y las detecciones por parte de los equipos CHIME y STARE2 delinean una imagen completa de las asociaciones FRB-magnetar”, dijo Zhang. 

Conclusiones

Para ponerlo todo en perspectiva, Zhang trabajó con Nature para publicar una revisión de un solo autor de los diversos descubrimientos. Mostró también, sus implicaciones para el campo de la Astronomía. 

«Gracias a los recientes avances en la observación, las teorías de FRB finalmente se pueden revisar críticamente», dijo Zhang. “Los mecanismos de producción de FRB se han reducido considerablemente. Sin embargo, quedan muchas preguntas abiertas. Este será un campo emocionante en los próximos años «.

Fuente: University of Nevada, Las Vegas (UNLV).

Artículo original: «Astronomers Discover Clues that Unveil the Mystery of Fast Radio Bursts«. November 4, 2020.

Los papers:

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