Astrónomos detetam um "batimento cardíaco" de rádio a milhares de milhões de anos-luz da Terra

O padrão claro e periódico de rajadas rápidas de rádio pode se originar de uma estrela de nêutrons distante.

Utilizando o grande radiotelescópio CHIME, os astrónomos detetaram um sinal de rádio persistente de uma galáxia distante que parece piscar com uma regularidade surpreendente. Crédito: CHIME; fundo editado pelo MIT

Astrônomos do MIT e universidades do Canadá e dos Estados Unidos detectaram um sinal de rádio estranho e persistente de uma galáxia distante que parece estar piscando com surpreendente regularidade. O sinal é classificado como uma explosão de rádio rápida, ou FRB – uma explosão intensamente forte de ondas de rádio de origem astrofísica desconhecida, que normalmente dura alguns milissegundos no máximo. No entanto, esse novo sinal persiste por até três segundos, cerca de 1.000 vezes mais que o FRB médio. Dentro dessa janela, a equipe detectou rajadas de ondas de rádio que se repetem a cada 0,2 segundos em um padrão periódico claro, semelhante a um coração batendo.  

Os pesquisadores rotularam o sinal FRB 20191221A, e atualmente é o FRB mais duradouro, com o padrão periódico mais claro, detectado até o momento. 

A fonte do sinal está em uma galáxia distante, a vários bilhões de anos-luz da Terra. Exatamente o que essa fonte pode ser permanece um mistério, embora os astrônomos suspeitem que o sinal possa emanar de um pulsar de rádio ou de um magnetar, ambos tipos de estrelas de nêutrons – núcleos colapsados extremamente densos e girando rapidamente de estrelas gigantes. 

“Não há muitas coisas no universo que emitem sinais estritamente periódicos”, diz Daniele Michilli, pós-doutorando no Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT. “Exemplos que conhecemos em nossa própria galáxia são pulsares de rádio e magnetares, que giram e produzem uma emissão irradiada semelhante a um farol. E achamos que esse novo sinal pode ser um magnetar ou pulsar em esteróides.” 

A equipe espera detectar mais sinais periódicos dessa fonte, que poderiam ser usados como um relógio astrofísico. Por exemplo, a frequência das explosões e como elas mudam à medida que a fonte se afasta da Terra podem ser usadas para medir a taxa na qual o universo está se expandindo. 

A descoberta é relatada hoje na revista Nature e é de autoria de membros da Colaboração CHIME/FRB, incluindo os coautores do MIT Calvin Leung, Juan Mena-Parra, Kaitlyn Shin e Kiyoshi Masui no MIT, juntamente com Michilli, que liderou a descoberta primeiro como pesquisador na Universidade McGill e depois como pós-doutorando no MIT. 

“Boom Boom Boom” 

Desde que o primeiro FRB foi descoberto em 2007, centenas de flashes de rádio semelhantes foram detectados em todo o universo, mais recentemente pelo Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment, ou CHIME, um radiotelescópio interferométrico que consiste em quatro grandes refletores parabólicos localizados no Dominion. Observatório Radioastrofísico na Colúmbia Britânica, Canadá. 

O CHIME observa continuamente o céu enquanto a Terra gira e foi projetado para captar ondas de rádio emitidas pelo hidrogênio nos estágios iniciais do universo. O telescópio também é sensível a rajadas rápidas de rádio e, desde que começou a observar o céu em 2018, o CHIME detectou centenas de FRBs emanados de diferentes partes do céu. 

A grande maioria dos FRBs observados até o momento são pontuais – rajadas ultrabrilhantes de ondas de rádio que duram alguns milissegundos antes de piscar. Recentemente, pesquisadores descobriram o primeiro FRB periódico que parecia emitir um padrão regular de ondas de rádio. Esse sinal consistia em uma janela de quatro dias de rajadas aleatórias que se repetiam a cada 16 dias. Esse ciclo de 16 dias indicava um padrão periódico de atividade, embora o sinal das rajadas de rádio reais fosse aleatório e não periódico. 

Em 21 de dezembro de 2019, o CHIME captou um sinal de um potencial FRB, que imediatamente chamou a atenção de Michilli, que estava escaneando os dados recebidos.

 “Era incomum”, lembra ele. “Não só era muito longo, durando cerca de três segundos, mas havia picos periódicos que eram notavelmente precisos, emitindo cada fração de segundo – bum, bum, bum – como um batimento cardíaco. Esta é a primeira vez que o próprio sinal é periódico.” 

Rajadas brilhantes 

Ao analisar o padrão das rajadas de rádio do FRB 20191221A, Michilli e seus colegas encontraram semelhanças com as emissões de pulsares e magnetares de rádio em nossa própria galáxia. Pulsares de rádio são estrelas de nêutrons que emitem feixes de ondas de rádio, parecendo pulsar à medida que a estrela gira, enquanto uma emissão semelhante é produzida por magnetares devido aos seus campos magnéticos extremos. 

A principal diferença entre o novo sinal e as emissões de rádio de nossos próprios pulsares e magnetares galácticos é que o FRB 20191221A parece ser mais de um milhão de vezes mais brilhante. Michilli diz que os flashes luminosos podem se originar de um pulsar ou magnetar de rádio distante que normalmente é menos brilhante à medida que gira e, por algum motivo desconhecido, ejetou um trem de rajadas brilhantes, em uma rara janela de três segundos que o CHIME foi felizmente posicionado para capturar. 

“O CHIME agora detectou muitos FRBs com propriedades diferentes”, diz Michilli. “Vimos alguns que vivem dentro de nuvens muito turbulentas, enquanto outros parecem estar em ambientes limpos. Pelas propriedades deste novo sinal, podemos dizer que ao redor desta fonte existe uma nuvem de plasma que deve ser extremamente turbulenta.” 

“O CHIME agora detectou muitos FRBs com propriedades diferentes”, diz Michilli. “Vimos alguns que vivem dentro de nuvens muito turbulentas, enquanto outros parecem estar em ambientes limpos. Pelas propriedades deste novo sinal, podemos dizer que ao redor desta fonte existe uma nuvem de plasma que deve ser extremamente turbulenta.” 

Os astrônomos esperam capturar rajadas adicionais do periódico FRB 20191221A, o que pode ajudar a refinar sua compreensão de sua fonte e das estrelas de nêutrons em geral. 

“Essa detecção levanta a questão do que poderia causar esse sinal extremo que nunca vimos antes e como podemos usar esse sinal para estudar o universo”, diz Michilli. “Os futuros telescópios prometem descobrir milhares de FRBs por mês e, nesse ponto, podemos encontrar muito mais desses sinais periódicos.” 

Fonte: news.mit.edu