1194: Estranha rajada de rádio desafia compreensão dos astrónomos

CIÊNCIA/ESPAÇO

© Concepção artística de uma estrela de nêutrons com um campo magnético ultra-forte, chamado magnetar, emitindo ondas de rádio (vermelho). Magnetares são candidatos bem promissores para a origem das FRBs. Crédito: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF Estranha rajada de rádio desafia compreensão dos astrónomos

Uma equipe internacional de astrónomos encontrou apenas o segundo exemplo de uma rajada rápida de rádio rápida (FRB) altamente activa com uma fonte compacta de emissão de rádio mais fraca, mas persistente entre as rajadas. A descoberta levanta novas questões sobre a natureza desses objectos misteriosos e também sobre sua utilidade como ferramentas para estudar a natureza do espaço intergaláctico.

Os cientistas usaram o observatório Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), da National Science Foundation dos EUA (NSF) e outros telescópios para estudar o objecto, descoberto pela primeira vez em 2019.

O objecto, chamado FRB 190520, foi encontrado pelo radiotelescópio esférico de abertura de 500 metros (FAST) na China. Uma explosão do objecto ocorreu em 20 de maio de 2019 e foi encontrada nos dados desse telescópio em Novembro daquele ano. Observações de acompanhamento com o FAST mostraram que, ao contrário de muitas outras FRBs, esse objecto emite rajadas frequentes e repetidas de ondas de rádio.

Questões importantes

Observações com o VLA em 2020 identificaram a localização do objecto, e isso permitiu observações de luz visível com o telescópio Subaru no Havai para mostrar que ele está nos arredores de uma galáxia anã a quase 3 bilhões de anos-luz da Terra. As observações do VLA também descobriram que o objecto emite constantemente ondas de rádio mais fracas entre as rajadas.

“Essas características fazem com que esse objecto se pareça muito com o primeiro FRB cuja posição foi determinada – também pelo VLA – em 2016”, disse Casey Law, do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech, nos EUA). Esse desenvolvimento foi um grande avanço, fornecendo as primeiras informações sobre o ambiente e a distância de uma FRB. No entanto, sua combinação de rajadas repetidas e emissões de rádio persistentes entre rajadas, provenientes de uma região compacta, colocou o objecto de 2016, chamado FRB 121102, à parte de todos os outros FRBs conhecidos até agora.

“Agora temos dois como esse, e isso levanta algumas questões importantes”, disse Law. Ele integra a equipe internacional que preparou um artigo sobre essas descobertas publicado na revista Nature.

As diferenças entre o FRB 190520 e o FRB 121102 e todos os outros reforçam a possibilidade sugerida anteriormente de que pode haver dois tipos diferentes de FRBs.

“Os que se repetem são diferentes dos que não se repetem? E quanto à emissão de rádio persistente: isso é comum?”, disse Kshitij Aggarwal, pós-graduando da Universidade da Virgínia Ocidental (WVU, nos EUA) e um dos autores do estudo.

Mecanismos diferentes

Os astrónomos sugerem que pode haver dois mecanismos diferentes produzindo FRBs ou que os objectos que os produzem podem agir de maneira diferente em diferentes estágios de sua evolução. Os principais candidatos para as fontes de FRBs são as estrelas de neutrões super-densas que sobraram depois que uma estrela massiva explodiu como uma super-nova, ou estrelas de neutrões com campos magnéticos ultra-fortes, chamados magnetares.

Uma característica do FRB 190520 questiona a utilidade dos FRBs como ferramentas para estudar o material entre eles e a Terra. Os astrónomos geralmente analisam os efeitos do material interveniente nas ondas de rádio emitidas por objectos distantes para aprender sobre esse próprio material ténue. Um desses efeitos ocorre quando as ondas de rádio passam pelo espaço que contém electrões livres. Nesse caso, as ondas de alta frequência viajam mais rapidamente do que as ondas de baixa frequência.

Esse efeito, chamado de dispersão, pode ser medido para determinar a densidade de electrões no espaço entre o objecto e a Terra, ou, se a densidade de electrões for conhecida ou presumida, fornecer uma estimativa aproximada da distância até o objecto. O efeito muitas vezes é usado para fazer estimativas de distância para pulsares.

FRBs mais jovens

Isso não funcionou para o FRB 190520. Uma medição independente da distância baseada no desvio Doppler da luz da galáxia causada pela expansão do universo colocou a galáxia a quase 3 bilhões de anos-luz da Terra. No entanto, o sinal da explosão mostra uma quantidade de dispersão que normalmente indicaria uma distância de aproximadamente 8 bilhões a 9,5 bilhões de anos-luz.

“Isso significa que há muito material perto do FRB que confundiria qualquer tentativa de usá-lo para medir o gás entre as galáxias”, disse Aggarwal. “Se esse for o caso de outros, não podemos contar com o uso de FRBs como critério cósmico”, acrescentou.

Os astrónomos especularam que o FRB 190520 pode ser um “recém-nascido”, ainda cercado por material denso ejectado pela explosão da super-nova que deixou para trás a estrela de neutrões. À medida que esse material se dissipa, a dispersão dos sinais de explosão também diminuiria. No cenário “recém-nascido”, eles disseram, as rajadas repetidas também podem ser uma característica de FRBs mais jovens e diminuir com a idade.

“O campo FRB está se movendo muito rapidamente agora e novas descobertas estão surgindo mensalmente. No entanto, grandes questões ainda permanecem, e esse objecto está nos dando pistas desafiadoras sobre essas questões”, disse Sarah Burke-Spolaor, da WVU, co-autora do estudo.

MSN Notícias
09.06.2022


 

702: FRBs, um dos grandes mistérios do Universo, foram encontrados num lugar invulgar

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Daniëlle Futselaar / Artsource
Representação artística que mostra um magnetar na galáxia espiral Messier 81

Estão entre os grandes mistérios do Universo: explosões de radiação que duram cerca de um milésimo de segundo e que só aparecem em radiotelescópios. Desde a sua descoberta em 2007, os astrónomos têm vindo a investigar a causa destes flashes cósmicos.

Agora, uma equipa que envolve o Instituto Max Planck para Radioastronomia e a sua antena de 100 metros em Effelsberg encontrou uma destas rápidas FRBs (“fast radiobursts” em inglês) à distância mais próxima da Terra até agora, na galáxia espiral Messier 81, a cerca de 12 milhões de anos-luz de distância.

A descoberta foi apresentada em dois artigos [artigo 1, artigo 2] publicados a 23 de Fevereiro na revista Nature.

Além disso, a fonte está aparentemente localizada num enxame globular desta galáxia – onde menos se esperaria encontrar uma FRB.

A maioria dos flashes rádio aparecem como se vindos do nada, alguns repetem-se periodicamente. Cada um destes surtos emite tanta energia quanto o Sol irradia num dia inteiro.

Várias centenas destes flashes cósmicos são disparados todos os dias e têm sido observados por todo o céu. A maioria está localizada a grandes distâncias da Terra – em galáxias a milhares de milhões de anos-luz de distância.

Investigadores liderados por Franz Kirsten (Universidade de Chalmers, Suécia) e Kenzie Nimmo (Universidade de Amesterdão) analisaram agora de perto uma fonte de surtos repetidos detectada em Janeiro de 2020 na direcção da constelação de Ursa Maior. “Queríamos procurar pistas sobre as origens dos flashes,” diz Kirsten.

Para este fim, os cientistas utilizaram a rede europeia de observação EVN (European VLBI Network). Combinaram os dados de 12 antenas parabólicas – incluindo o telescópio de 100 metros do Instituto Max Planck para Radioastronomia, o instrumento mais sensível do grupo – e foram assim capazes de identificar exactamente onde no céu teve origem a explosão de radiação.

A equipa acompanhou os flashes até à periferia da galáxia espiral próxima Messier 81 (M81), que fica a cerca de 12 milhões de anos-luz da Terra – e representa assim a fonte mais próxima de surtos rádios até à data. E: a sua posição coincide exactamente com um enxame globular que se encontra na galáxia e que consiste numa densa colecção de estrelas muito antigas.

É precisamente este facto que surpreende os investigadores, porque até agora as FRBs tinham sido encontradas mais longe no Universo, em lugares onde as estrelas são muito mais jovens.

“A semelhança da explosão com a emissão de alguns pulsares na nossa Galáxia coloca-nos em terreno familiar, mas também deixa claro que os precursores da explosão rádio podem ser muito diferentes,” diz Ramesh Karuppusamy, investigador do Instituto Max Planck para Radioastronomia em Bona.

Para compreender a surpresa, é preciso conhecer a teoria por detrás da causa das explosões rádio. Muitos especialistas pensam que os chamados magnetares estão por detrás delas.

Estes são remanescentes muito densos de sóis massivos que explodiram – estrelas de neutrões com cerca de 20 quilómetros de diâmetro que giram rapidamente e que têm campos magnéticos extremamente fortes. “Nós esperamos que os magnetares sejam objectos jovens,” diz Jason Hessels, da Universidade de Amesterdão.

Os investigadores pensam, portanto, que a fonte dos surtos rádio da galáxia M81 é um objecto que foi previsto teoricamente, mas nunca visto ao vivo antes: um magnetar que se formou quando uma anã branca tinha acumulado massa suficiente para se desmoronar sob o seu próprio peso.

Coisas estranhas acontecem ao longo dos vários milhares de milhões de anos de existência de um enxame globular. Suspeitamos que estamos a observar uma estrela com uma história invulgar,” diz Franz Kirsten.

As anãs brancas são consideradas as fases finais de estrelas normais como o nosso Sol, que vivem durante vários milhares de milhões de anos e acabam por transformar-se em objectos densos do tamanho da Terra sem explodir.

Muitas destas anãs brancas existem em antigos enxames estelares, algumas delas em sistemas binários. Alguns destes pares devem ser tão íntimos que uma parceira “rouba” material da outra.

Se uma das anãs brancas acumular massa extra suficiente da sua companheira, pode transformar-se numa estrela ainda mais densa – um magnetar.

“Este é um acontecimento raro, mas num enxame de estrelas velhas seria a forma mais fácil de produzir FRBs,” diz o membro da equipa Mohit Bhardwaj da Universidade McGill no Canadá.

Durante as suas medições, os investigadores fizeram outra descoberta: alguns dos surtos eram mais curtos do que o esperado e mudaram de brilho em apenas algumas dezenas de nano-segundos. “Isto significa que devem vir de um volume minúsculo no espaço, menor do que um campo de futebol e talvez com apenas algumas dezenas de metros em diâmetro,” diz Kenzie Nimmo.

Sinais ultra-curtos semelhantes também são recebidos de um dos objectos mais famosos do céu, o pulsar da Nebulosa do Caranguejo. Esta também é uma estrela de neutrões, ou seja, o denso remanescente de uma explosão de super-nova que foi avistada da Terra na direcção da constelação de Touro no ano 1054.

À medida que a estrela gira rapidamente sob si própria, emite dois feixes de radiação. Quando passam na direcção da Terra, o objecto parece ser um pulsar, piscando como um farol.

“Alguns dos sinais que medimos são curtos e extremamente poderosos, da mesma forma que alguns sinais do pulsar de Caranguejo. Isto sugere que estamos de facto a ver um magnetar, mas num local onde os magnetares nunca foram encontrados antes,” diz Kenzie Nimmo.

Observações futuras deste e de outros sistemas devem ajudar a determinar se a fonte é, de facto, um magnetar ou outra coisa qualquer, como um pulsar com propriedades invulgares. Ou mesmo um buraco negro em órbita de uma estrela compacta numa órbita íntima.

ZAP // // CCVAlg

CCVAlg
10 Março, 2022