Impresión artística de una magnetar en explosión, que muestra la estructura compleja del campo magnético y la emisión de rayos, aquí imaginada como después de un episodio de agrietamiento de la corteza. Crédito: Equipo de Diseño Gráfico de la Universidad McGill
Es probable que las ráfagas de radio rápidas sean generadas por una magnetar, el tipo de estrella más magnética del universo.
Las ráfagas de radio rápidas son destellos de energía extremadamente brillantes que duran una fracción de segundo, durante los cuales pueden emitir más de 100 millones de veces más energía que el sol.
Desde que se detectaron por primera vez en 2007, los astrónomos han observado rastros de ráfagas de radio rápidas, o FRB, esparcidas por todo el universo, pero sus fuentes han estado demasiado lejos para distinguirlas con claridad. Ha sido un misterio, entonces, qué objetos astrofísicos podrían producir destellos de radio tan breves pero brillantes.
Ahora los astrónomos de MIT, La Universidad McGill, la Universidad de Columbia Británica, la Universidad de Toronto, el Instituto Perimetral de Física Teórica y otros lugares informan que han observado ráfagas de radio rápidas en nuestra propia galaxia, por primera vez. Los pulsos de radio son los FRB más cercanos detectados hasta la fecha, y su proximidad ha permitido al equipo identificar su fuente.
Parece que los pulsos de radio observados fueron producidos por un magnetar, un tipo de estrella neutrón con un campo magnético enormemente poderoso. Los físicos han planteado la hipótesis de que los magnetares podrían producir FRB. Esta es la primera vez que los científicos tienen una prueba de observación directa de que los magnetares son de hecho fuentes de ráfagas de radio rápidas.
“Existe un gran misterio en cuanto a qué produciría estos grandes estallidos de energía, que hasta ahora hemos visto venir de la mitad del universo”, dice Kiyoshi Masui, profesor asistente de física en el MIT, quien dirigió el análisis del equipo de los FRB. brillo. “Esta es la primera vez que hemos podido vincular una de estas rápidas ráfagas de radio exóticas a un solo objeto astrofísico”.
Los investigadores publicaron sus resultados en la revista Naturaleza el 4 de noviembre de 2020, los autores son todos miembros de la Colaboración del Experimento de Mapeo de la Intensidad del Hidrógeno de Canadá (CHIME), un equipo de más de 50 científicos dirigido por la Universidad McGill, la Universidad de Columbia Británica, la Universidad de Toronto, el Instituto Perimetral de Teoría Física y el Consejo Nacional de Investigación de Canadá.
Ráfagas Staccato
Los astrónomos captaron señales de un FRB utilizando el radiotelescopio CHIME en el Observatorio Astrophysical Dominion Radio en Columbia Británica. CHIME se compone de cuatro reflectores grandes, cada uno tan largo como un campo de fútbol y que se asemeja a halfpipes de skate, que enfocan las ondas de radio entrantes en más de mil antenas. Juntas, las antenas monitorean continuamente franjas del cielo en busca de ondas de radio entrantes, energía emitida dentro de la banda de radio del espectro electromagnético.
Hacia finales de abril de 2020, los astrónomos detectaron algunos estallidos de actividad, en la banda de rayos X del espectro, de una magnetar en el Vía láctea, hacia el centro de la galaxia y a unos 30.000 años luz de la Tierra. El magnetar se encuentra entre un puñado de magnetares conocidos en nuestra galaxia, y hasta abril, era, como describe Masui, un magnetar “común y corriente”. Los astrónomos lo etiquetaron como SGR 1935 + 2154, por sus coordenadas en el cielo.
“Hubo algunos rumores en la comunidad astronómica acerca de esta magnetar que se había activado en los rayos X, y se había mencionado dentro de nuestra colaboración que deberíamos estar atentos a algo más de esta magnetar”, dice Masui.
Efectivamente, el equipo descubrió que, poco después de que el magnetar estallara en la banda de rayos X, CHIME detectó dos picos agudos en staccato en la banda de radio, con varios milisegundos de diferencia entre sí, lo que indicaba una rápida explosión de radio. Los investigadores pudieron rastrear las ráfagas de radio hasta un punto en el cielo que estaba dentro de una fracción de grado de SGR 1935 + 2154, el mismo magnetar que estaba emitiendo rayos X casi al mismo tiempo.
“Si viniera de cualquier otro objeto cercano al magnetar, sería una gran coincidencia”, dice Masui.
Masui luego dirigió el esfuerzo para medir el brillo de la magnetar mientras generaba las ráfagas de radio, una tarea complicada, ya que las ráfagas se detectaron en la periferia de CHIME, donde el telescopio es menos sensible y su instrumentación es más difícil de interpretar. Así que el equipo utilizó datos de calibración de otras fuentes astrofísicas para estimar el brillo de la magnetar.
Al final, calcularon que el magnetar, en la fracción de segundo que destellaba el FRB, era 3.000 veces más brillante que cualquier otra señal de radio magnetar que se haya observado hasta ahora.
“Medir su brillo fue realmente lo que estableció que este no es un pulso normal”, dice Masui. “Esta es una ráfaga de radio rápida que ocurre en nuestra propia galaxia, que es miles de veces más brillante que cualquier otro pulso que hayamos visto”.
“Ojos abiertos”
Ahora que se ha demostrado que los magnetares pueden producir ráfagas de radio rápidas, la pregunta sigue siendo: ¿cómo? Si bien las propuestas abundan, los científicos no están seguros de cómo se generan exactamente los FRB en el universo y, específicamente, cómo los magnetares podrían producirlos.
La mayoría de las emisiones de radio en el universo se producen a través de un proceso conocido como radiación de sincrotrón, en el que un gas de electrones de alta energía que se mueven aleatoriamente interactúa con campos magnéticos, de una manera que emite energía a frecuencias de radio. Las ondas de radio a menudo se generan de esta manera por los agujeros negros supermasivos, los restos de supernovas y el gas caliente que se encuentra en las galaxias.
Pero los físicos sospechan que los magnetares pueden generar ondas de radio a través de un proceso completamente diferente, donde los electrones, en lugar de interactuar aleatoriamente con un campo magnético, lo hacen en masa. Este proceso “coherente” sería similar a la forma en que generamos ondas de radio en la Tierra, al dirigir electrones a través de un cable, en la misma dirección.
“Creemos que algún tipo de proceso como ese, algunas corrientes coherentes que atraviesan el espacio, están causando esta emisión de radio que vemos”, dice Masui. “La mecánica de cómo sucede eso astrofísicamente, en magnetares o púlsares, no se comprende bien”.
Desde que el equipo descubrió la magnetar con explosión de radio, otros grupos han entrenado diferentes telescopios en la fuente y han informado que la magnetar ha emitido ráfagas de radio posteriores, aunque no tan intensas como la FRB inicial.
“Ha estado haciendo cosas interesantes y estamos tratando de reconstruir lo que significa”, dice Masui. “Tenemos los ojos abiertos para otros magnetares, pero lo importante ahora es estudiar esta fuente y realmente profundizar para ver qué nos dice sobre cómo se fabrican los FRB”.
Lea Astrónomos detectan ráfagas de radio intensas y cortas desde relativamente cerca en la Vía Láctea para obtener más información sobre este estudio.
Referencia: “Una brillante explosión de radio de milisegundos de duración procedente de una magnetar galáctica” por la colaboración CHIME / FRB, 4 de noviembre de 2020, Naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41586-020-2863-y
Esta investigación fue financiada, en parte, por la Fundación de Innovación de Canadá y otras instituciones de apoyo.
