26 de Octubre de 2021
Astrofísica

El radiotelescopio FAST detecta más de 1600 explosiones de radio provenientes de una misma galaxia

El instrumento chino, con una apertura de 500 metros, ha observado el mayor número hasta la fecha de explosiones rápidas de radio provenientes del mismo lugar.

Recreación artística de una explosión cósmica. [sololos/iStock/Getty Images]

Las ráfagas o explosiones rápidas de radio (también conocidas como FRB, por sus siglas en inglés) son uno de los mayores misterios del universo. Llegados del espacio profundo, estos estallidos cósmicos pueden aparecer y desvanecerse en cuestión de milisegundos, aunque cada uno de ellos pueda liberar tanta energía como el Sol en un año. Surgen en todo el cielo varias veces al día, pero la mayoría parecen ser eventos únicos, lo que los hace difíciles de detectar. Descubiertas por primera vez en 2007, las FRB han desafiado y tentado a los científicos, quienes buscan descubrir su origen y usarlas como herramienta para sondear las profundidades del espacio intergaláctico.

Ahora, gracias al radiotelescopio individual más grande del mundo, un equipo internacional ha informado del mayor conjunto de FRB jamás detectado. Según su artículo, publicado en Nature, entre agosto y octubre de 2019 el radiotelescopio FAST, de 500 metros de apertura y situado en el suroeste de China, registró un total de 1652 estallidos provenientes de una sola fuente, una galaxia enana situada a 3000 millones de años luz. Además de aumentar drásticamente el número total de FRB conocidas, las observaciones también revelaron una amplia variedad de brillos entre los eventos registrados, lo que ofrece nuevas pistas sobre la naturaleza astrofísica de su misteriosa fuente.

«El estudio es muy completo, con un nivel de detalles y sensibilidad que nunca antes habíamos tenido», dice Emily Petroff, astrofísica de la Universidad de Ámsterdam y de la Universidad McGill, en Canadá, que no participó en la investigación. «Estos análisis detallados de fuentes individuales serán una de las principales prioridades en la investigación de FRB en un futuro próximo.»

Múltiples hipótesis

Los primeros FRB sorprendieron por completo a los astrofísicos, ya que ninguna teoría había predicho su existencia. Al principio, los investigadores tenían poca idea de qué podrían ser dichas explosiones. Desde entonces, las explicaciones han variado desde enormes erupciones magnéticas en estrellas de neutrones en rotación hasta emisiones de naves espaciales alienígenas. Durante un tiempo, antes de que FAST y otros telescopios de búsqueda de FRB comenzaran a funcionar, la broma entre los teóricos era que las teorías sobre las FRB superaban en número a los eventos conocidos de FRB.

No fue hasta 2016 cuando se detectó la primera fuente repetida, FRB 121102. Las estadísticas extraídas del catálogo de detecciones, en constante expansión, han revelado ahora que alrededor del 20 por ciento de las FRB se repiten, gracias a lo cual los astrónomos pueden hacer más observaciones de seguimiento. FRB 121102 es la fuente de este tipo mejor estudiada hasta ahora. Antes del filón de nuevos eventos detectados por FAST, los científicos que usaban otros radiotelescopios habían informado de unas 350 FRB procedentes de esta fuente, situada en una galaxia rica en procesos de formación estelar. «Con una fuente repetitiva, otros telescopios suelen obtener entre dos y cien pulsos. FAST obtuvo más de mil, lo cual es asombroso», dice Petroff.

Gracias a su sensibilidad sin precedentes, FAST puede captar pulsos menos energéticos que no son detectables por otros telescopios, explica Di Li, autor principal del artículo y científico principal de FAST. Cuando el equipo realizó observaciones de prueba durante la puesta en servicio del telescopio, notaron que FRB 121102 se hallaba en un frenesí de actividad, emitiendo con frecuencia pulsos brillantes. Entonces decidieron dedicar alrededor de una hora todos los días para vigilarlo. Las ráfagas resultaron ser mucho más frecuentes de lo esperado. Durante algunos episodios, hubo aproximadamente una cada 30 segundos.

Los estallidos resultaron ser de dos tipos: unos muy brillantes y otros menos. Esto puede apuntar a dos mecanismos físicos distintos responsables de las explosiones, apunta el coautor del estudio Duncan Lorimer, de la Universidad de Virginia Occidental y codescubridor del primer FRB en 2007.

Sin embargo, todavía no está claro cuáles podrían ser tales mecanismos. Aun así, dado que el conjunto de pulsos exhibió energías tan elevadas y no mostró ninguna periodicidad a corto plazo (lo que sugeriría una fuente que gira u orbita a un ritmo establecido), Li cree que él y sus colaboradores han restringido fuertemente la posibilidad de que FRB 121102 se deba a un objeto compacto aislado, como una estrella de neutrones en rotación o un agujero negro.

Otros dudan en sacar la misma conclusión. Por ejemplo, la causa de FRB 121102 aún podría ser un magnetar, un tipo especial de estrella de neutrones con un campo magnético superficial extremadamente intenso, aclara Zigao Dai, físico teórico de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China. Los magnetares pueden experimentar «seísmos estelares» cuando sus capas externas se ajustan bajo el estrés causado por cambios repentinos en los campos magnéticos. Al igual que un terremoto en nuestro planeta puede desencadenarse por diferentes mecanismos, como el deslizamiento de las placas tectónicas o el impacto de un asteroide, «sigue siendo posible que un magnetar, por ejemplo, experimente seísmos y, también, que se vea golpeado con frecuencia por asteroides, un escenario probable en la galaxia donde se encuentra [FRB 121102]», explica Dai.

Trabajo conjunto

«FAST es realmente excelente en estudios como este: análisis en profundidad de fuentes repetidas», dice Lorimer. Si bien el telescopio no se especializa en encontrar FRB, su enorme sensibilidad le permite detectar cosas que otros telescopios pasan por alto. Esa es la razón por la que, para los estudios de FRB, FAST funciona mejor en combinación con otros radiotelescopios, como el Experimento Canadiense de Mapeo de Intensidad de Hidrógeno (CHIME), ideal para detectar FRB en cualquier lugar del cielo gracias a su amplio campo de visión.

A principios de este año, FAST anunció su segunda convocatoria abierta de propuestas, con entre el 15 y el 20 por ciento del tiempo total de observación disponible para la comunidad internacional. FAST se completó en 2016, reemplazando al icónico Telescopio de Arecibo, en Puerto Rico, como el radiotelescopio de plato único más grande del mundo.

Petroff, que es parte de la colaboración CHIME/FRB, dice que su equipo ha solicitado y recibido tiempo de observación en FAST. Según Li, ya han comenzado las observaciones para los programas internacionales aprobados. Como los viajes internacionales todavía están restringidos debido a la COVID-19, los científicos extranjeros están limitados por ahora a operaciones remotas y deben presentar una prueba de identidad, generalmente una copia de la página de información de su pasaporte, para acceder a estas.

«Hemos estado trabajando con distintos científicos para rebajar sus preocupaciones y explorar formas alternativas de enviar información personal», señala Li. «El personal de FAST les da una calurosa bienvenida para que vengan a visitarlos una vez que se normalicen los viajes internacionales, con suerte pronto».

En busca de más FRB

FAST seguirá estudiando FRB 121102 mientras busca otras fuentes repetidas, dice Li. De hecho, avanza, su equipo ha estado trabajando en otra fuente, aún no hecha pública, que se comporta «más radicalmente» que FRB 121102. Estudiar FRB corrientes y «radicales», dice Dai, será crucial para entender qué puede y qué no puede ocurrir en ellos y, por tanto, desentrañar su verdadera naturaleza. Los futuros avances, dicen él y otros expertos, probablemente requieran un esfuerzo coordinado de múltiples telescopios de todo el mundo que observen en distintas longitudes de onda, así como también en neutrinos y ondas gravitacionales.

«Diría que la astronomía FRB todavía está en una fase adolescente», apunta Lorimer. «Sabemos mucho sobre los FRB, pero todavía hay una serie de "problemas de desarrollo" con muchas de las teorías». El siguiente paso será continuar identificando las galaxias de tantas fuentes como sea posible, y llevar a cabo análisis en profundidad de sistemas individuales, tal y como Li y su equipo han hecho con FAST. Con un esfuerzo considerable y, tal vez, con un poco de suerte para encontrar repetidores más frenéticos y FRB únicos, los científicos pronto podrán resolver el profundo misterio de los FRB y abrir una nueva ventana a los fenómenos astrofísicos de corta duración y alta energía que pueblan el universo.

Ling Xin

Referencia: «A bimodal burst energy distribution of a repeating fast radio burst source»; D. Li et. al. en Nature, vol. 598, págs. 267–271, 13 de octubre de 2021.

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