Cientistas rastreiam explosão rápida de rádio para fonte surpresa pela primeira vez: WebCuriosos

Quando um magnetar dentro da Via Láctea emitiu uma explosão de ondas de rádio colossalmente poderosas em 2020, os cientistas finalmente tiveram evidências concretas para determinar a origem das rápidas explosões de rádio.

Um novo estudo alucinante reduziu agora o mecanismo. Ao estudar a luz cintilante de uma explosão rápida de rádio detetada em 2022, uma equipa de astrónomos rastreou a sua origem até ao poderoso campo magnético em torno de um magnetar, numa galáxia a 200 milhões de anos-luz de distância.

É a primeira evidência conclusiva de que rajadas rápidas de rádio podem emergir das magnetosferas dos magnetares.

“Nestes ambientes de estrelas de nêutrons, os campos magnéticos estão realmente nos limites do que o Universo pode produzir”, diz a astrofísica Kenzie Nimmo do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT).

“Tem havido muito debate sobre se esta brilhante emissão de rádio poderia escapar daquele plasma extremo”.

As rajadas rápidas de rádio (FRBs) têm intrigado os cientistas desde que foram descoberto pela primeira vez em 2007. São, como o nome sugere, explosões extremamente breves de emissão de rádio, durando apenas milissegundos. Eles também são extremamente poderosos, às vezes liberando mais energia do que 500 milhões de sóis naquele breve piscar de tempo.

Os FRBs são difíceis de estudar porque, na maioria das vezes, eles explodem apenas uma vez. Isto torna-os impossíveis de prever e difíceis – mas não impossíveis – de rastrear até uma fonte. Uma série de FRBs únicos foram rastreados até galáxias de milhões a bilhões de anos-luz de espaço-tempo.

Os astrónomos também podem examinar as propriedades da luz do rádio, tais como a sua polarização, para descobrir que tipo de ambiente ela percorreu no seu caminho para a Terra. Que tipos de estrelas podem emitir FRBs ainda é um mistério, mas um crescente conjunto de evidências implica cada vez mais magnetares.

Os magnetares são estrelas de nêutrons particularmente incomuns, que são os restos extremamente densos do núcleo que sobraram depois que uma estrela massiva se tornou uma supernova. Mas os magnetares têm campos magnéticos externos muito mais poderosos do que as estrelas de nêutrons comuns – cerca de 1.000 vezes mais forte. São os campos magnéticos mais poderosos do Universo.

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“Em torno destas estrelas de neutrões altamente magnéticas, também conhecidas como magnetares, não podem existir átomos – eles apenas seriam dilacerados pelos campos magnéticos,” diz o físico Kiyoshi Masui do MIT.

“O que é interessante aqui é que descobrimos que a energia armazenada nesses campos magnéticos, perto da fonte, está a torcer-se e a reconfigurar-se de tal forma que pode ser libertada como ondas de rádio que podemos ver a meio caminho do Universo.”

Para rastrear a origem de uma FRB, Nimmo e seus colegas estudaram uma propriedade conhecida como cintilação num evento conhecido como FRB 20221022A, detectado pela primeira vez em 2022 e posteriormente atribuído a uma galáxia a 200 milhões de anos-luz de distância. A cintilação é o que faz as estrelas brilharem – a distorção do caminho da luz à medida que ela viaja através do gás no espaço. Quanto maior a distância percorrida, mais forte será o brilho.

FRB 20221022A é um padrão bastante complicado, no que diz respeito aos FRBs. Foi moderadamente longo, cerca de 2 milissegundos, e moderadamente poderoso. Isso o torna um excelente estudo de caso para tentar entender também as propriedades de outros FRBs.

Um documento complementar estudando a polarização da luz do FRB 20221022A – o grau em que a orientação de suas ondas é distorcida – encontrou uma oscilação angular em forma de S consistente com um objeto em rotação, uma novidade para um FRB. Isto sugeriu que o sinal se originou muito próximo do objeto em rotação.

Nimmo e colegas descobriram que, se conseguissem determinar o grau de cintilação no FRB 20221022A, poderiam calcular o tamanho da região de onde ele se originou. A luz do FRB apresentou forte cintilação, levando os pesquisadores à região do gás que distorcia o sinal. Ao utilizar essa região de gás como lente, eles reduziram a fonte do FRB para 10.000 quilómetros (6.213 milhas) da sua fonte magnetar.

“Ampliar o zoom para uma região de 10.000 quilômetros, a uma distância de 200 milhões de anos-luz, é como ser capaz de medir a largura de uma hélice de DNA, que tem cerca de 2 nanômetros de largura, na superfície da Lua”, disse ele. Masui diz. “Há uma incrível variedade de escalas envolvidas.”

É a primeira evidência conclusiva de que FRBs extragalácticos podem originar-se dentro da magnetosfera de estrelas de nêutrons altamente magnetizadas. Mas é mais do que isso. As técnicas utilizadas pela equipa mostram que a cintilação pode ser uma sonda poderosa para outras FRBs, para que os astrónomos possam tentar compreender quão diversas podem ser – e se outros tipos de estrelas também podem produzir erupções poderosas.

“Essas explosões estão sempre acontecendo”, Masui diz. “Pode haver muita diversidade em como e onde ocorrem, e esta técnica de cintilação será realmente útil para ajudar a desemaranhar as várias físicas que impulsionam estas explosões.”

A pesquisa foi publicada em Natureza.