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11 de Junio de 2021
Astronomía

Cientos de nuevas explosiones rápidas de radio

Los datos del primer año de funcionamiento del radiotelescopio CHIME multiplican por cuatro el número de eventos conocidos y sugieren que podrían deberse a varios fenómenos astrofísicos distintos.

El radiotelescopio CHIME ha detectado 535 explosiones rápidas de radio en su primer año de funcionamiento. [Andre Renard/Colaboración CHIME]

Un radiotelescopio en Canadá ha detectado 535 explosiones rápidas de radio, multiplicando por cuatro el número de casos registrados de estos fenómenos breves y muy energéticos. Los resultados, largamente esperados, confirman que estos enigmáticos eventos son de dos tipos distintos: la mayoría de las explosiones ocurren una sola vez, pero unas pocas se repiten periódicamente y duran por lo menos diez veces más que la media.

Los resultados sugieren que las explosiones rápidas de radio podrían ser el resultado de al menos dos fenómenos astrofísicos distintos. «Creo que esto confirma que existe una diferencia», incide Kiyo Masui, astrofísico del Instituto de Tecnología de Massachusetts y coautor del estudio.

El repentino aumento de los datos disponibles ha revolucionado a la comunidad de radioastrónomos. «Cuando me desperté esta mañana, todos mis canales de Slack estaban llenos de gente hablando de los artículos», comparte Laura Spitler, astrofísica del Instituto Max Planck de Radioastronomía de Bonn y una de las descubridoras de la primera explosión repetitiva en 2016. Ese hallazgo se realizó gracias al radiotelescopio de Arecibo, que se derrumbó en diciembre.

El Experimento Canadiense de Cartografiado de la Intensidad del Hidrógeno (CHIME) ha recopilado los eventos detectados en su primer año de funcionamiento, entre 2018 y 2019. El equipo anunció los resultados el pasado 9 de junio durante una reunión virtual de la Sociedad Astronómica Americana, y los publicó en cuatro artículos disponibles en el repositorio arXiv.

Eventos puntuales y repetitivos

Situado en la Columbia Británica, CHIME es un telescopio que no tiene partes móviles. Consta de cuatro antenas semicilíndricas de 100 metros de longitud. En cualquier momento dado, observa solo una estrecha franja del firmamento. Pero, a medida que rota la Tierra, el telescopio va explorando el cielo y los chips de procesamiento digital recogen sus señales para formar una imagen.

CHIME fue concebido para cartografiar la distribución de materia en el universo, pero en su diseño se añadió un complejo conjunto de componentes electrónicos adicionales para que también pudiera captar explosiones rápidas de radio. Spitler recuerda que muchos expertos se mostraron escépticos respecto al potencial del telescopio para detectar esos estallidos, pero el reciente anuncio ha validado la idea. «Realmente se están cumpliendo las predicciones [del equipo de CHIME]», valora Spitler. «Es muy impresionante.»

Aunque aún no se sabe qué causa las explosiones rápidas de radio, los resultados de CHIME parecen confirmar la idea de que existen al menos dos tipos distintos. De los 535 eventos detectados, 61 fueron «repetitivos», es decir, procedían de 18 fuentes que emitieron destellos en varias ocasiones. Los dos tipos de explosiones se distinguen por su duración, ya que los eventos puntuales duran mucho menos. Además, las fuentes repetitivas emiten en una banda de radiofrecuencias mucho más estrecha.

«Esta es, con mucha diferencia, la prueba más convincente de que existen dos poblaciones [de explosiones rápidas de radio]», asegura Spitler.

Hasta hace poco, los indicios que apuntaban a la existencia de esas dos poblaciones  no eran sólidos: algunos astrónomos argumentaban que las explosiones no repetitivas podrían responder simplemente a fuentes repetitivas que aún no habíamos visto estallar de nuevo, por no haberlas observado durante suficiente tiempo. «Los resultados no implican que los dos fenómenos sean muy distintos, aunque podrían serlo», añade Masui.

Las explosiones rápidas de radio suelen detectarse durante un segundo o más. Pero esa duración es engañosa: como las señales viajan a través de millones de años luz de espacio, la materia intergaláctica tiende a hacer que las ondas de radio se «dispersen» a lo largo del espectro electromagnético. Como resultado, las ondas de menor frecuencia pueden llegar a la Tierra con un retraso de varios segundos respecto a las de mayor frecuencia. Los investigadores calculan que, en la fuente, una explosión de radio dura solo unos milisegundos. En ese lapso, la fuente de la explosión puede emitir 500 millones de veces más energía de la que libera el Sol en el mismo período de tiempo.

La magnitud de esa dispersión de las longitudes de onda nos indica aproximadamente la distancia que recorrieron las ondas. Hasta ahora, se ha demostrado que todas las explosiones proceden de otras galaxias, con la excepción de un evento que se produjo en la Vía Láctea.

De acuerdo con el equipo de CHIME, las fuentes de las explosiones parecen estar repartidas de manera uniforme en el cielo. Solo en un puñado de casos se pudo rastrear su origen e identificar la galaxia concreta de la que procedían.

Teorías sobre el origen

En los últimos años, los investigadores han vigilado algunas de las regiones del cielo donde se produjeron explosiones en el pasado y, en algunos casos, han visto cómo se repiten con una cierta periodicidad. La explosión repetitiva descubierta por Spitler y sus colaboradores en 2016, por ejemplo, presenta ciclos de actividad que duran aproximadamente un día (durante los cuales se registran varias explosiones cada hora) y que se repiten cada 160 días.

Esa repetición regular ofrece algunas pistas sobre lo que podría estar causando los destellos. Una posibilidad, según Spitler, es que las explosiones repetitivas ocurran cuando una estrella de neutrones muy magnetizada gira en torno a una estrella ordinaria siguiendo una órbita alargada. La estrella de neutrones se aproximaría periódicamente a su compañera y, en esos acercamientos, su campo magnético dispersaría el energético viento estelar de la estrella ordinaria, lo cual produciría las explosiones.

Los acontecimientos catastróficos, como la colisión de dos estrellas de neutrones, podrían ser una fuente de explosiones rápidas de radio no repetitivas (<em>ilustración</em>). [Centro de Vuelos Espaciales Goddard/Laboratorio  de Imágenes Conceptuales de la NASA]

Las explosiones no repetitivas, en cambio, podrían ser el resultado de eventos catastróficos, como la colisión entre dos estrellas de neutrones o las tormentas magnéticas producidas en los magnetares, que son estrellas de neutrones jóvenes. Aunque el evento de la Vía Láctea se relacionó con un magnetar conocido, el reciente hallazgo de una explosión procedente de un cúmulo globular en la galaxia M813 ha puesto en duda esta teoría. Y es que se considera poco probable que los cúmulos globulares, densos conjuntos de estrellas muy antiguas, alberguen magnetares.

El descubrimiento de las explosiones rápidas de radio en 2007 constituyó una sorpresa para los investigadores, y durante muchos años solo se conocían unas pocas, recuerda Masui. Los teóricos propusieron una plétora de posibles explicaciones, y la broma recurrente era que había más teorías que eventos reales. Ahora que CHIME ha invertido esa tendencia, afirma Masui, «no creo que los teóricos nos alcancen». Y este primer catálogo es solo el principio: desde que se compiló, el equipo ha seguido detectando muchas más explosiones rápidas de radio, que seguirán publicándose durante años.

Davide Castelvecchi/Nature News

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Nature Research Group.

Referencia: «The first CHIME/FRB fast radio burst catalog», Colaboración CHIME en arXiv:2106.04352, 8 de junio de 2021.

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