De vez en cuando, una extraña señal del espacio exterior llega a nuestros detectores aquí en la Tierra.
Conocidas como ráfagas de radio rápidas (FRBs_), estas señales son extremadamente cortas, de solo milisegundos de duración, y se detectan solo en longitudes de onda de radio.
Sin embargo, en esos milisegundos y en esas longitudes de onda, pueden descargar tanta energía como 500 millones de soles, y la mayoría de ellos nunca se han vuelto a detectar.
Lo que son y cómo se generan es un misterio desconcertante. Pero un nuevo descubrimiento podría apuntar a un mecanismo previamente desconocido que produce estos poderosos estallidos de radiación.
El 25 de abril de 2019, el Experimento Canadiense de Mapeo de la Intensidad del Hidrógeno (CHIME) registró una ráfaga de radio rápida brillante y no repetitiva (FRB).
Solo 2,5 horas antes, el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO) registró un evento de ondas gravitacionales, la colisión cuando una estrella de neutrones binaria llegó a la conclusión inevitable de su órbita en descomposición.
La ubicación del FRB en el cielo cayó dentro de la región creíble del evento de onda gravitacional, y desde una distancia similar. La posibilidad de que los dos eventos no estén relacionados, según ha determinado un equipo de astrónomos dirigido por Alexandra Moroianu de la Universidad de Australia Occidental, es extremadamente pequeña.
Los FRB son extremadamente enigmáticos; son pocos los que repiten, y el carácter puntual de la gran mayoría los hace extraordinariamente difíciles de estudiar.
Su detección solía ser solo por casualidad; tenías que estar estudiando el parche correcto del cielo en el momento correcto para atrapar uno. Sin embargo, los estudios de todo el cielo han aumentado el número de detecciones a más de 600.
En 2020 se produjo un gran avance: por primera vez, se detectó un FRB proveniente del interior de la galaxia de la Vía Láctea. Fue rastreado hasta un tipo de estrella de neutrones llamada magnetar, cuyo increíblemente poderoso campo magnético externo lucha contra la atracción de la gravedad hacia adentro, lo que hace que la estrella tiemble y se encienda ocasionalmente.
Pero aunque los magnetares que se comportan mal presentan una explicación, no sabemos si esa es la imagen completa. Los FRB varían bastante y es probable que haya más de un mecanismo que pueda producirlos.
Hay varias teorías que predicen una asociación entre las FRB y las ondas gravitacionales, particularmente si las estrellas de neutrones están involucradas, ya sea durante o después de la detección de ondas gravitacionales.
Así que Moroianu y sus colegas buscaron en los catálogos. El Catálogo CHIME de las observaciones de julio de 2018 a julio de 2019 se superpusieron con la serie de observación LIGO-Virgo, para un total de 171 eventos FRB.
Los investigadores cruzaron estos eventos con las referencias GWTC-2 catálogo, buscando eventos FRB que ocurrieron temporalmente cerca de las detecciones de ondas gravitacionales, dentro del parche del cielo identificado por LIGO.
Y consiguieron un golpe muy palpable.
GW20190425 fue observado por LIGO el 25 de abril de 2019 a las 18:18:05 UTC. La ausencia de una detección por parte del detector Virgo ayudó a restringir la región de la que había surgido la detección. Su distancia estimada era de unos 520 millones de años luz, generada por la fusión de dos estrellas de neutrones.
FRB20190425A se detectó el mismo día, a las 10:46:33 UTC, dentro del rango del cielo que LIGO había establecido como una fuente plausible de la fusión de estrellas de neutrones, y con un límite de distancia superior de 590 millones de años luz.
Descubrieron que esto sería una extraña coincidencia si los dos no estuvieran relacionados. La probabilidad de que los dos eventos ocurran a las distancias dadas, el marco de tiempo de detección y dentro de la región del espacio definida por LIGO fue de solo 0,00019, calcularon los investigadores.
Los dos eventos probablemente surgieron de una galaxia llamada CGU 10667pero el mecanismo que produjo la FRB podría requerir un poco más de análisis.
Por ahora, el equipo cree que el estallido fue causado por un blitzar, un mecanismo propuesto para los FRB. hace casi una década. Esto es cuando una estrella de neutrones demasiado masiva para permanecer sostenida por la presión de degeneración colapsa en un agujero negro cuando su giro se ralentiza, lo único que impedía este colapso.
“Aunque no podemos asignar definitivamente la posible asociación GW-FRB a una sola teoría, es consistente con la GW, el estallido corto de rayos gamma (sGRB) y la teoría de la asociación FRB que invoca el colapso de una magnetar de fusión de estrellas de neutrones posbinaria”. ,” los investigadores escriben.
“El mecanismo de generación de FRB es el llamado mecanismo blitzar, que ha sido confirmado a través de simulaciones numéricas. Dentro de este escenario, el tiempo de retraso de 2,5 horas entre el evento FRB y GW es el tiempo de supervivencia de la estrella de neutrones supramasiva antes de colapsar en un agujero negro, que es consistente con el rango esperado de la escala de tiempo de retraso para un magnetar supramasivo tanto de la teoría como de los datos de observación”.
Las masas de las estrellas de neutrones de GW20190425 fueron significativamente más altas que la mayoría de las estrellas binarias de neutrones detectadas en la Vía Láctea. Estos binarios de menor masa producirían estrellas de neutrones de peso pesado más estables después de fusionarse, que podrían sobrevivir mucho tiempo y escupir FRB repetidamente, lo que explica las pocas fuentes de FRB que se repiten.
Queda por confirmar si los dos eventos estuvieron vinculados o no, pero una cosa es cierta: la tasa estimada de fusiones de estrellas de neutrones binarias es mucho, mucho más baja que la tasa a la que se detectan FRB como FRB190425A. Entonces, este mecanismo potencial no puede, por sí solo, explicar las misteriosas señales que chisporrotean a través del cielo de radio.
Todavía se justifica una mayor investigación. Pero es tremendamente emocionante que parece que nos estamos acercando a algunas respuestas.
La investigación ha sido publicada en Naturaleza Astronomía.