Natureza desconhecida das explosões de rádio cósmico

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

Um dos fenômenos cósmicos mais misteriosos são as explosões rápidas de rádio. São sinais de rádio de curta duração, vários milissegundos, de natureza desconhecida, resultantes da liberação de uma enorme quantidade de energia. Mais de uma década se passou desde sua descoberta, mas os astrofísicos ainda estão tentando descobrir os mecanismos de sua ocorrência. Os pesquisadores citam estrelas de nêutrons, buracos negros e até mesmo transmissores de civilizações alienígenas como possíveis fontes.

Sinais misteriosos

Com rajadas de rádio rápidas, em milissegundos, tanta energia é liberada quanto o Sol emitiu ao longo de várias dezenas de milhares de anos. A hipótese principal é que eles são causados por eventos catastróficos, como a fusão de duas estrelas de nêutrons, um flash da evaporação de um buraco negro ou a transformação de um pulsar em um buraco negro. Por muito tempo, acreditou-se que as rajadas de rádio pudessem ocorrer apenas uma vez, mas em 2015 foi descoberto que a rajada rápida de rádio FRB 121102 previamente gravada se repetia de maneira não periódica.

FRB 121102 está localizado em uma galáxia anã a três bilhões de anos-luz da Terra, e por vários anos permaneceu como a única fonte conhecida de rajadas de rádio recorrentes, apesar das buscas cuidadosas. Porém, em janeiro de 2019, apareceu na revista Nature um artigo de cientistas da colaboração canadense CHIME, no qual era noticiado sobre o recadastramento de sinais de outra fonte - 180814. J0422 + 73. O radiotelescópio interferométrico CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) registrou seis rajadas de rádio rápidas que vieram de uma galáxia a 1,3 bilhão de anos-luz de distância.

Os sinais em sua estrutura de frequência e características espectrais assemelhavam-se aos sinais de FRB 121102, o que indica um mecanismo semelhante de sua formação e a mesma natureza da fonte. A descoberta indica a existência de um tipo separado de rajadas rápidas de rádio, que não podem ser causadas por eventos catastróficos precisamente por causa de sua recorrência.

Galáxia silenciosa

Em agosto de 2019, uma equipe internacional de cientistas identificou pela primeira vez a fonte de uma única explosão rápida de rádio FRB 180924, que se originou em uma galáxia a quatro bilhões de anos-luz de distância.

Usando o interferômetro de rádio ASKAP localizado na Austrália, os astrônomos determinaram a localização da fonte FRB, e então calcularam a distância até ela analisando os dados dos telescópios terrestres ópticos Gemini, Keck e VLT. Descobriu-se que a explosão de rádio ocorreu em uma galáxia massiva do tamanho da Via Láctea, a 13 mil anos-luz de seu centro. Uma característica da galáxia é a ausência de processos para o nascimento de novas estrelas.

Isto está em contraste com o sinal repetitivo FRB 121102, que está localizado na região de formação estelar ativa. Assim, rajadas de rádio rápidas simples e repetitivas devem ter origens diferentes. No caso do FRB 121102, o sinal de rádio parecia passar por um poderoso campo magnético ao redor de um magnetar, um tipo especial de estrela de nêutrons.

Logo, astrônomos do Instituto de Tecnologia da Califórnia, nos Estados Unidos, relataram a descoberta de outra rápida explosão de rádio FRB 190523, que também ocorreu em um ambiente relativamente calmo - em uma galáxia que é análoga à Via Láctea e está a 7,9 bilhões de anos-luz de distância da Terra.

Ambas as descobertas refutam que rajadas de rádio rápidas podem ocorrer apenas em galáxias anãs jovens que contêm um grande número de magnetares.

Oito gêmeos

Em agosto de 2019, um artigo da colaboração canadense CHIME apareceu no repositório de pré-impressão arXiv.org, que relatou a detecção de oito sinais de rádio repetidos. Duas fontes de sinais de rádio - FRB 180916 e FRB 181119 - piscaram mais de duas vezes (dez e três vezes, respectivamente), o restante enviou sinais de rádio repetidos apenas uma vez, com a pausa mais longa entre a gravação das ondas de rádio sendo de 20 horas. De acordo com os pesquisadores, isso pode indicar que muitos FRBs são na verdade repetitivos, mas alguns são mais ativos do que outros.

A maioria das oito novas rajadas rápidas de rádio mostrou uma diminuição na frequência do sinal a cada rajada repetida, o que pode ser a chave para entender o mecanismo que produz esses fenômenos. Além disso, FRB 180916 tem as taxas de dispersão de sinal mais baixas, indicando a proximidade relativa da fonte à Terra. Também pode ajudar a determinar a natureza da explosão do rádio, concluíram os pesquisadores.

Estrelas do inferno

No final do verão de 2019, cientistas do National Center for Radioastrophysics na Índia relataram que os magnetares ainda são uma das fontes mais prováveis de rajadas de rádio rápidas (pelo menos as repetitivas).

O magnetar anômalo XTE J1810-197 foi observado com o Giant Metrewave Radio Telescope. Pulsos de milissegundos de emissão de rádio foram registrados, assemelhando-se a flashes de FRB 180814. J0422 + 73 repetidos.

Este magnetar está localizado a 10 mil anos-luz da Terra. Foi descoberto em 2003 e gradualmente parou de emitir emissões de rádio em 2008. No entanto, em 2018, um novo surto ocorreu nele, que também começou a desaparecer gradualmente. Curiosamente, os magnetares geralmente não emitem emissão de rádio, e o XTE J1810-197 foi a primeira fonte de emissão de rádio desse tipo. A raridade desse objeto, assim como as repetitivas rajadas de rádio, levou os cientistas a acreditar que ambos os fenômenos podem estar relacionados entre si.

Buraco barulhento

Em setembro de 2019, astrônomos chineses relataram que detectaram novas rajadas de rádio repetitivas rápidas (FRBs) do FRB 121102. Os sinais foram detectados com um radiotelescópio FAST de 500 metros com um receptor de 19 feixes na província de Guizhou. Do final de agosto a setembro, mais de 100 picos foram registrados, um número recorde entre todos os FRBs registrados.

Naquela época, os cientistas começaram a supor que FRB 121102 é um buraco negro supermassivo que excede a massa do Sol em 10-100 milhões de vezes e gera um poderoso campo magnético, e uma estrela de nêutrons ou plasma afetado pelo buraco poderia ser o direto fonte de chamas. Outra explicação possível é que FRB 121102 é um plerion magnetizado, uma nebulosa alimentada pelo vento estelar de um pulsar.

Embora as explosões rápidas de rádio permaneçam inexplicadas até agora, muitos dados foram apresentados à comunidade científica em 2019 que aproxima os astrônomos da solução. Descobriu-se que os FRBs podem ser repetidos e provavelmente o fazem com muita frequência. Nesse caso, eles são gerados por objetos bastante exóticos, como estrelas de nêutrons (pulsares e magnetares), localizados em um meio interestelar adequado. Explosões únicas ocorrem em condições menos turbulentas: galáxias onde a formação de estrelas é muito lenta. Esses fenômenos, muito provavelmente, ocorrem realmente devido a processos catastróficos.