Padrão periódico de rajada de rádio detectado a 500 milhões de anos-luz de distância

Padrão periódico de rajada de rádio detectado a 500 milhões de anos-luz de distância
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Astrônomos detectam ritmo regular de ondas de rádio, com origens desconhecidas

Sinal de 500 milhões de anos-luz de distância é o primeiro padrão periódico de rajadas de rádio detectado

Uma equipe de astrônomos, incluindo pesquisadores do MIT, adotou um ritmo curioso e repetido de rajadas rápidas de rádio que emanam de uma fonte desconhecida fora de nossa galáxia, a 500 milhões de anos-luz de distância.

Explosões rápidas de rádio, ou FRBs, são flashes curtos e intensos de ondas de rádio que são consideradas produtos de objetos pequenos, distantes e extremamente densos, embora exatamente o que esses objetos possam ser seja um mistério de longa data na astrofísica. Normalmente, os FRBs duram alguns milissegundos, durante os quais podem ofuscar galáxias inteiras.

Desde que o primeiro FRB foi observado em 2007, os astrônomos catalogaram mais de 100 explosões rápidas de rádio de fontes distantes espalhadas pelo universo, fora de nossa própria galáxia. Na maior parte, essas detecções foram pontuais, piscando brevemente antes de desaparecer completamente. Em algumas instâncias, os astrônomos observaram rajadas rápidas de rádio várias vezes da mesma fonte, embora sem padrão discernível.

Essa nova fonte FRB, que a equipe catalogou como FRB 180916.J0158 + 65, é a primeira a produzir um padrão periódico ou cíclico de rajadas rápidas de rádio. O padrão começa com uma janela barulhenta de quatro dias, durante a qual a fonte emite rajadas aleatórias de ondas de rádio, seguidas por um período de 12 dias de silêncio no rádio.

Os astrônomos observaram que esse padrão de 16 dias de rajadas rápidas de rádio ocorria consistentemente ao longo de 500 dias de observações. “Esse FRB que estamos relatando agora é como um relógio”, diz Kiyoshi Masui, professor assistente de física do Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do KIT do MIT. “É o padrão mais definitivo que já vimos em uma dessas fontes. E é uma grande pista que podemos usar para começar a caçar a física do que está causando esses flashes brilhantes, que ninguém realmente entende”.

Masui é membro da colaboração CHIME / FRB, um grupo de mais de 50 cientistas liderados pela Universidade da Colúmbia Britânica, Universidade McGill, Universidade de Toronto e Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá, que opera e analisa os dados do Canadá Experiência de mapeamento de intensidade de hidrogênio, ou CHIME, um radiotelescópio na Colúmbia Britânica que foi o primeiro a captar sinais da nova fonte periódica de FRB.

A colaboração CHIME / FRB publicou hoje os detalhes da nova observação na revista Nature.

Uma visão de rádio

Em 2017, o CHIME foi erguido no Observatório Astrofísico da Rádio Dominion, na Colúmbia Britânica, onde rapidamente começou a detectar rajadas rápidas de rádio de galáxias em todo o universo, bilhões de anos-luz da Terra.

O CHIME consiste em quatro grandes antenas, cada uma do tamanho e formato de um half-pipe de snowboard, e foi projetado sem partes móveis. Em vez de girar para se concentrar em diferentes partes do céu, o CHIME olha fixamente para todo o céu, usando o processamento de sinal digital para identificar a região do espaço onde as ondas de rádio de entrada são originárias.

De setembro de 2018 a fevereiro de 2020, o CHIME selecionou 38 rajadas rápidas de rádio de uma única fonte, FRB 180916.J0158 + 65, que os astrônomos traçaram em uma região de agitação de estrelas nos arredores de uma galáxia espiral maciça, a 500 milhões de anos-luz de Terra. A fonte é a fonte FRB mais ativa que o CHIME ainda detectou e até recentemente era a fonte FRB mais próxima da Terra.

À medida que os pesquisadores desenhavam cada uma das 38 rajadas ao longo do tempo, um padrão começou a surgir: uma ou duas rajadas ocorreriam ao longo de quatro dias, seguidas de um período de 12 dias sem rajadas, após o que o padrão se repetiria. Esse ciclo de 16 dias ocorreu repetidamente nos 500 dias em que eles observaram a fonte.

“Essas explosões periódicas são algo que nunca vimos antes, e é um fenômeno novo na astrofísica”, diz Masui.

Cenários circulando

O exato fenômeno que está por trás desse novo ritmo extragalático é uma grande incógnita, embora a equipe explore algumas idéias em seu novo artigo. Uma possibilidade é que as explosões periódicas venham de um único objeto compacto, como uma estrela de nêutrons, que gira e oscila – um fenômeno astrofísico conhecido como precessão. Assumindo que as ondas de rádio emanem de um local fixo no objeto, se o objeto está girando ao longo de um eixo e esse eixo é apontado apenas na direção da Terra a cada quatro em 16 dias, observaríamos as ondas de rádio como periódicas rajadas.

Outra possibilidade envolve um sistema binário, como uma estrela de nêutrons orbitando outra estrela de nêutrons ou um buraco negro. Se a primeira estrela de nêutrons emite ondas de rádio e está em uma órbita excêntrica que a aproxima rapidamente do segundo objeto, as marés entre os dois objetos podem ser fortes o suficiente para fazer com que a primeira estrela de nêutrons se deforme e se rompa brevemente antes de se afastar. . Esse padrão se repetiria quando a estrela de nêutrons retornasse ao longo de sua órbita.

Os pesquisadores consideraram um terceiro cenário, envolvendo uma fonte emissora de rádio que circula uma estrela central. Se a estrela emitir um vento ou nuvem de gás, toda vez que a fonte passar pela nuvem, o gás da nuvem poderá aumentar periodicamente as emissões de rádio da fonte.

“Talvez a fonte esteja sempre emitindo essas explosões, mas só as vemos quando atravessamos essas nuvens, porque as nuvens agem como uma lente”, diz Masui.

Talvez a possibilidade mais empolgante seja a idéia de que esse novo FRB, e mesmo aqueles que não sejam periódicos ou mesmo repetitivos, possam se originar de magnetares – um tipo de estrela de nêutrons que se acredita possuir um campo magnético extremamente poderoso. Os detalhes dos magnetares ainda são um pouco misteriosos, mas os astrônomos observaram que ocasionalmente liberam grandes quantidades de radiação através do espectro eletromagnético, incluindo energia na banda de rádio.

“As pessoas têm trabalhado em como fazer esses magnetares emitirem rajadas rápidas de rádio, e essa periodicidade que observamos foi trabalhada nesses modelos para descobrir como tudo isso se encaixa”, diz Masui.

Muito recentemente, o mesmo grupo fez uma nova observação que apóia a idéia de que os magnetares podem de fato ser uma fonte viável para rajadas rápidas de rádio. No final de abril, CHIME captou um sinal que parecia uma rápida explosão de rádio, proveniente de um magnetar flamejante, a cerca de 30.000 anos-luz da Terra. Se o sinal for confirmado, esse seria o primeiro FRB detectado em nossa própria galáxia, bem como a evidência mais convincente de magnetares como fonte dessas misteriosas faíscas cósmicas.

Pesquisa realizada em: Massachusetts Institute of Technology 

Referência:

  1. Amiri, M., Andersen, B., Bandura, K. et al. Atividade periódica de uma fonte rápida de rajada de rádio . Natureza , 2020 DOI: 10.1038 / s41586-020-2398-2
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