Poderosas explosões de rádio associadas a galáxias massivas

Desde a sua descoberta, em 2007, que as FRBs (Fast Radio Bursts, em português "rajadas rápidas de rádio") - impulsos extremamente energéticos no rádio - têm iluminado o céu repetidamente, levando os astrónomos a tentar descobrir as suas origens.

Esta montagem fotográfica mostra as antenas do DSA-110 (Deep Synoptic Array-110), que são utilizadas para descobrir e localizar com precisão as rajadas rápidas de rádio (FRBs). Por cima das antenas estão imagens de algumas das galáxias hospedeiras de FRBs, tal como aparecem no céu. As galáxias são extraordinariamente grandes, desafiando os modelos que descrevem as fontes das FRB. Crédito: Annie Mejia/Caltech 

Atualmente, as rajadas rápidas de rádio confirmadas contam-se às centenas e os cientistas têm reunido evidências crescentes do que as desencadeia: estrelas de neutrões altamente magnetizadas, conhecidas como magnetares (as estrelas de neutrões são um tipo de estrela morta). Uma evidência fundamental surgiu quando um magnetar entrou em erupção na nossa própria Galáxia e vários observatórios, incluindo o projeto STARE2 (Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2) do Caltech, captaram a ação em tempo real.

Agora, na revista Nature, investigadores liderados pelo Caltech descobriram onde é mais provável ocorrerem FRBs no Universo - galáxias massivas com formação estelar e não galáxias de baixa massa. Esta descoberta conduziu, por sua vez, a novas ideias sobre a formação dos magnetares.

Especificamente, o trabalho sugere que estas exóticas estrelas mortas, cujos campos magnéticos são 100 biliões de vezes mais fortes do que o da Terra, se formam frequentemente quando duas estrelas se fundem e depois explodem como uma supernova. Anteriormente, não era claro se os magnetares se formavam desta forma, a partir da explosão de duas estrelas que se fundiram, ou se se formavam quando uma única estrela explodia.

"A imensa energia dos magnetares faz deles alguns dos objetos mais fascinantes e extremos do Universo", diz Kritti Sharma, autora principal do novo estudo e estudante que trabalha com Vikram Ravi, professor assistente de astronomia no Caltech. "Sabe-se muito pouco sobre o que causa a formação de magnetares aquando da morte de estrelas massivas. O nosso trabalho ajuda a responder a esta questão".

O projeto começou com uma pesquisa por FRBs utilizando o DSA-110 (Deep Synoptic Array-110), um projeto do Caltech financiado pela NSF (National Science Foundation) e sediado no OVRO (Owens Valley Radio Observatory), perto de Bishop, no estado norte-americano da Califórnia. Até à data, o extenso conjunto de radiotelescópios detetou e localizou 70 rajadas rápidas de rádio até à sua específica galáxia de origem (apenas 23 FRBs foram localizadas por outros telescópios). No estudo atual, os investigadores analisaram 30 destas FRBs localizadas.

"O DSA-110 mais do que duplicou o número de FRBs com galáxias hospedeiras conhecidas", diz Ravi. "Foi para isto que construímos esta rede".

Embora se saiba que as FRBs ocorrem em galáxias que estão ativamente a formar estrelas, a equipa, para sua surpresa, descobriu que as rajadas rápidas de rádio tendem a ocorrer mais frequentemente em galáxias massivas com formação estelar do que em galáxias de baixa massa com formação estelar. Este facto foi interessante porque os astrónomos tinham pensado que as FRBs ocorriam em todos os tipos de galáxias ativas.

Com esta nova informação, a equipa começou a ponderar o que os resultados revelavam sobre as FRBs. As galáxias massivas tendem a ser ricas em metais porque os metais no nosso Universo - elementos que são fabricados pelas estrelas - levam tempo a acumular-se ao longo da história cósmica. O facto de as rajadas rápidas de rádio serem mais comuns nestas galáxias ricas em metais implica que a fonte das FRBs, os magnetares, também são mais comuns neste tipo de galáxias.

As estrelas ricas em metais - o que, em termos astronómicos, significa elementos mais pesados do que o hidrogénio e o hélio - tendem a crescer mais do que as outras estrelas. "Ao longo do tempo, à medida que as galáxias crescem, sucessivas gerações de estrelas enriquecem as galáxias com metais à medida que evoluem e morrem", diz Ravi.

Além disso, as estrelas massivas que explodem como supernovas e que podem tornar-se magnetares encontram-se mais frequentemente aos pares. De facto, 84% das estrelas massivas são binárias. Assim, quando uma estrela massiva de um binário incha devido a um conteúdo extra de metal, o seu excesso de material é arrastado para a estrela parceira, o que facilita a fusão final das duas estrelas. Estas estrelas fundidas teriam um campo magnético combinado maior do que o de uma única estrela.

"Uma estrela com maior teor de metal incha, impulsiona a transferência de massa, culminando numa fusão, formando assim uma estrela ainda mais massiva com um campo magnético total superior ao que a estrela individual teria", explica Sharma.

Em resumo, uma vez que as FRBs são observadas preferencialmente em galáxias massivas e ricas em metais, então os magnetares (que se pensa desencadearem as FRBs) estão provavelmente também a formar-se em ambientes ricos em metais, propícios à fusão de duas estrelas. Os resultados sugerem, portanto, que os magnetares em todo o Universo têm origem nos remanescentes de fusões estelares.

No futuro, a equipa espera encontrar mais rajadas rápidas de rádio e os seus locais de origem usando o DSA-110 e, eventualmente, o DSA-2000, um conjunto ainda maior de antenas rádio, planeado para ser construído no deserto do Nevada e com conclusão prevista para 2028.

"Este resultado é um marco para toda a equipa do DSA. Muitos dos autores deste artigo científico ajudaram a construir o DSA-110", diz Ravi. "E o facto de o DSA-110 ser tão bom a localizar FRBs é um bom presságio para o sucesso do DSA-2000".

Fonte:  Caltech