Astrónomos más cerca de descubrir el origen de misteriosas ráfagas rápidas de radio

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Casi 15 años después del descubrimiento de las ráfagas de radio rápidas (FRB), el origen de las explosiones cósmicas del espacio profundo de milisegundos de duración sigue siendo un misterio.

Eso puede cambiar pronto, gracias al trabajo de un equipo internacional de científicos, incluido el astrofísico de la UNLV Bing Zhang, que rastreó cientos de ráfagas de cinco fuentes diferentes y encontró pistas en los patrones de polarización de FRB que pueden revelar su origen. Los hallazgos del equipo se informaron en la edición del 17 de marzo de la revista Science.

Los FRB producen ondas de radio electromagnéticas, que son esencialmente oscilaciones de campos eléctricos y magnéticos en el espacio y el tiempo. La dirección del campo eléctrico oscilante se describe como la dirección de polarización. Al analizar la frecuencia de polarización en los FRB observados desde varias fuentes, los científicos revelaron similitudes en los FRB repetidos que apuntan a un entorno complejo cerca de la fuente de las ráfagas.

“Este es un paso importante hacia la comprensión del origen físico de los FRB”, dijo Zhang, un distinguido profesor de astrofísica de la UNLV que fue coautor del artículo y contribuyó a la interpretación teórica de los fenómenos.

Para establecer la conexión entre las ráfagas, un equipo de investigación internacional, dirigido por Yi Feng y Di Li de los Observatorios Astronómicos Nacionales de la Academia de Ciencias de China, analizó las propiedades de polarización de cinco fuentes FRB repetitivas utilizando la apertura masiva de quinientos metros. El radiotelescopio esférico (FAST) y el telescopio Robert C. Byrd Green Bank (GBT). Desde que se descubrieron los FRB por primera vez en 2007, los astrónomos de todo el mundo recurrieron a potentes radiotelescopios como FAST y GBT para rastrear los estallidos y buscar pistas sobre su procedencia y cómo se producen.

Aunque todavía se considera misterioso, se cree que la fuente de la mayoría de las FRB son los magnetares, estrellas de neutrones increíblemente densas del tamaño de una ciudad que poseen los campos magnéticos más fuertes del universo. Por lo general, tienen casi un 100% de polarización. Por el contrario, en muchas fuentes astrofísicas que involucran plasmas aleatorios calientes, como el Sol y otras estrellas, la emisión observada no está polarizada porque los campos eléctricos oscilantes tienen orientaciones aleatorias.

Ahí es donde entra en juego el trabajo de detective cósmico.

En un estudio que el equipo publicó originalmente el año pasado en Nature, FAST detectó 1.652 pulsos del repetidor activo FRB 121102. Aunque se descubrió que las ráfagas de la fuente estaban altamente polarizadas con otros telescopios que usaban frecuencias más altas, en consonancia con los magnetares, ninguno de las ráfagas detectadas con FAST en su banda de frecuencia estaban polarizadas, a pesar de que FAST es el radiotelescopio de plato único más grande del mundo.

“Estábamos muy desconcertados por la falta de polarización”, dijo Feng, primer autor del artículo de Science recientemente publicado. “Más tarde, cuando buscamos sistemáticamente otros FRB repetidos con otros telescopios en diferentes bandas de frecuencia, particularmente aquellas más altas que la de FAST, surgió una imagen unificada”.

Según Zhang, la imagen unificada es que cada fuente FRB repetitiva está rodeada por un plasma denso altamente magnetizado. Este plasma produce una rotación diferente del ángulo de polarización en función de la frecuencia, y las ondas de radio recibidas provienen de múltiples caminos debido a la dispersión de las ondas por el plasma.

Cuando el equipo tuvo en cuenta un solo parámetro ajustable, dice Zhang, las múltiples observaciones revelaron una evolución de frecuencia sistemática, es decir, la despolarización hacia frecuencias más bajas.

“Una explicación tan simple, con un solo parámetro libre, podría representar un gran paso hacia la comprensión física del origen de las FRB repetidas”, dice.

Di Li, autor correspondiente del estudio, está de acuerdo en que el análisis podría representar una pieza angular para completar el rompecabezas cósmico de los FRB. “Por ejemplo, los FRB extremadamente activos podrían ser una población distinta”, dice. “Alternativamente, estamos comenzando a ver la tendencia evolutiva en los FRB, con fuentes más activas en entornos más complejos que son explosiones más jóvenes”.

El estudio, “Polarización dependiente de la frecuencia de ráfagas de radio rápidas repetidas: implicaciones para su origen”, apareció el 17 de marzo en la revista Science. Incluye 25 coautores de 11 instituciones y es parte de una larga colaboración entre instituciones. Además de la UNLV y la NAOC, las instituciones colaboradoras también incluyen la Universidad de Yunnan, la Universidad de Princeton, la Universidad de Western Sidney, la Universidad de Pekín y el Observatorio Green Bank, EE. UU.

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