Astrônomos revelam novas e intrigantes características de misteriosas explosões rápidas de rádio

Rajadas rápidas de rádio (FRBs) são explosões cósmicas de milissegundos que produzem a energia equivalente à produção anual do sol. Mais de 15 anos depois que os pulsos profundos das ondas de rádio eletromagnéticas foram descobertos pela primeira vez, sua natureza desconcertante continua surpreendendo os cientistas — e pesquisas recém-publicadas só aprofundam o mistério ao seu redor.

Concepção do artista de 500 metros Aperture Spherical radio Telescope (FAST) na China. Crédito: Jingchuan Yu 

Na edição de 21 de setembro da revista Nature, novas observações inesperadas de uma série de rajadas de rádio rápidas cósmicas por uma equipe internacional de cientistas — incluindo o astrofísico da UNLV Bing Zhang — desafiam a compreensão predominante da natureza física e do motor central dos FRBs. As observações cósmicas da FRB foram feitas no final da primavera de 2021 usando o maciço Telescópio de Rádio Esférico de Abertura de 500 metros (FAST) na China. 

A equipe, liderada por Heng Xu, Kejia Lee, Subo Dong da Universidade de Pequim, e Weiwei Zhu, dos Observatórios Astronômicos Nacionais da China, juntamente com Zhang, detectou 1.863 rajadas em 82 horas ao longo de 54 dias de uma fonte de explosão de rádio rápida ativa chamada FRB 20201124A.

"Esta é a maior amostra de dados da FRB com informações de polarização de uma única fonte", disse Lee.

Observações recentes de uma rápida explosão de rádio de nossa galáxia Via Láctea sugerem que ele se originou de um magnetar, que é uma densa estrela de nêutrons do tamanho da cidade com um campo magnético incrivelmente poderoso. A origem de explosões de rádio rápidas e cosmológicas muito distantes, por outro lado, permanece desconhecida. E as últimas observações deixam os cientistas questionando o que eles achavam que sabiam sobre eles.

"Essas observações nos trouxeram de volta à prancheta de desenho", disse Zhang, que também atua como diretor fundador do Centro de Astrofísica de Nevada da UNLV. "É claro que os FRBs são mais misteriosos do que o que imaginamos. Mais campanhas observacionais de vários comprimentos de onda são necessárias para desvendar ainda mais a natureza desses objetos."

O que torna as observações mais recentes surpreendentes para os cientistas são as variações irregulares de curto prazo da chamada "medida de rotação de Faraday", que é a força do campo magnético e a densidade de partículas nas proximidades da fonte FRB. As variações subiram e desceram durante os primeiros 36 dias de observação e de repente pararam durante os últimos 18 dias antes da fonte ser saciada. 

"Eu o comparo à filmagem de um filme dos arredores de uma fonte da FRB, e nosso filme revelou um ambiente complexo, dinamicamente evoluído e magnetizado que nunca foi imaginado antes", disse Zhang. "Tal ambiente não é diretamente esperado para um magnetar isolado. Outra coisa pode estar nas proximidades do motor FRB, possivelmente um companheiro binário", acrescentou Zhang.

Para observar a galáxia hospedeira da FRB, a equipe também fez uso dos telescópios Keck de 10 m localizados em Mauna Kea, no Havaí. Zhang diz que acredita-se que os jovens magnetares residam em regiões ativas de formação de estrelas de uma galáxia formadora de estrelas, mas a imagem óptica da galáxia hospedeira mostra que, inesperadamente, a galáxia hospedeira é uma galáxia espiral barrada rica em metais como a nossa Via Láctea. A localização da FRB é em uma região onde não há atividade significativa de formação de estrelas.

"Este local é inconsistente com um jovem motor central magnetar formado durante uma explosão extrema, como uma longa explosão de raios gama ou uma supernova superluminosa, progenitores amplamente especulados de motores FRB ativos", disse Dong.

O estudo, "Uma fonte rápida de explosão de rádio em um complexo local magnetizado em uma galáxia barrada", apareceu em 21 de setembro na revista Nature e inclui 74 coautores de 30 instituições. Além da UNLV, da Universidade de Pequim e dos Observatórios Astronômicos Nacionais da China, as instituições colaboradoras também incluem o Purple Mountain Observatory, Yunnan University, UC Berkeley, Caltech, Princeton University, University of Hawaii, e outras instituições da China, EUA, Austrália, Alemanha e Israel.

Fonte: phys.org