Uma equipe de astra´nomos, incluindo pesquisadores do MIT, adotou um ritmo curioso e repetido de rajadas rápidas de ra¡dio que emanam de uma fonte desconhecida fora de nossa gala¡xia, a 500 milhões de anos-luz de distância.

Explosaµes rápidas de ra¡dio, ou FRBs, são flashes curtos e intensos de ondas de ra¡dio que se pensa serem o produto de objetos pequenos, distantes e extremamente densos, embora exatamente o que esses objetos possam ser seja um mistério de longa data na astrofa­sica. Normalmente, os FRBs duram alguns milissegundos, durante os quais podem ofuscar gala¡xias inteiras.

Desde que o primeiro FRB foi observado em 2007, os astrônomos catalogaram mais de 100 explosaµes rápidas de ra¡dio de fontes distantes espalhadas pelo universo, fora de nossa própria gala¡xia. Na maior parte, essas detecções foram pontuais, piscando brevemente antes de desaparecer completamente. Em algumas insta¢ncias, os astrônomos observaram rajadas rápidas de ra¡dio várias vezes da mesma fonte, embora sem padrãodiscerna­vel.

Essa nova fonte FRB, que a equipe catalogou como FRB 180916.J0158 + 65, éa primeira a produzir um padrãoperia³dico ou ca­clico de rajadas rápidas de ra¡dio. O padrãocomea§a com uma janela barulhenta de quatro dias, durante a qual a fonte emite rajadas aleata³rias de ondas de ra¡dio, seguidas por um período de 12 dias de silaªncio no ra¡dio.

Os astrônomos observaram que esse padrãode 16 dias de rajadas rápidas de ra¡dio ocorria consistentemente ao longo de 500 dias de observações. "Este FRB que estamos relatando agora écomo um rela³gio", diz Kiyoshi Masui, professor assistente de física do Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do KIT do MIT. "a‰ o padrãomais definitivo que já vimos em uma dessas fontes. E éuma grande pista que podemos usar para comea§ar a caçar a física do que estãocausando esses flashes brilhantes, que ninguanãm realmente entende".

Masui émembro da colaboração CHIME / FRB, um grupo de mais de 50 cientistas liderados pela Universidade da Colaºmbia Brita¢nica, Universidade McGill, Universidade de Toronto e Conselho Nacional de Pesquisa do Canada¡, que opera e analisa os dados do Canada¡ Experimento de mapeamento de intensidade de hidrogaªnio, ou CHIME, um radiotelesca³pio na Colaºmbia Brita¢nica que foi o primeiro a captar sinais da nova fonte peria³dica de FRB.

A colaboração CHIME / FRB publicou hoje os detalhes da nova observação na revista Nature .

Em 2017, o CHIME foi erguido no Observatório Astrofa­sico da Ra¡dio Dominion, na Colaºmbia Brita¢nica, onde rapidamente começou a detectar rajadas rápidas de ra¡dio de gala¡xias em todo o universo, bilhaµes de anos-luz da Terra.

O CHIME consiste em quatro grandes antenas, cada uma do tamanho e formato de um half-pipe de snowboard, e foi projetado sem partes ma³veis. Em vez de girar para se concentrar em diferentes partes do canãu, o CHIME olha fixamente para todo o canãu, usando o processamento de sinal digital para identificar a regia£o do espaço onde as ondas de ra¡dio de entrada são origina¡rias.

De setembro de 2018 a fevereiro de 2020, o CHIME selecionou 38 rajadas de ra¡dio rápidas de uma única fonte, FRB 180916.J0158 + 65, que os astrônomos trazram em uma regia£o de agitação de estrelas nos arredores de uma gala¡xia espiral macia§a, a 500 milhões de anos-luz de Terra. A fonte éa fonte FRB mais ativa que o CHIME ainda detectou e atérecentemente era a fonte FRB mais próxima da Terra.

Amedida que os pesquisadores desenhavam cada uma das 38 rajadas ao longo do tempo, um padrãocomeçou a surgir: uma ou duas rajadas ocorreriam ao longo de quatro dias, seguidas de um período de 12 dias sem rajadas, após o que o padrãose repetiria. Esse ciclo de 16 dias ocorreu repetidamente nos 500 dias em que eles observaram a fonte.

"Essas explosaµes peria³dicas são algo que nunca vimos antes, e éum fena´meno novo na astrofa­sica", diz Masui.

O exato fena´meno que estãopor trás desse novo ritmo extragala¡tico éuma grande inca³gnita, embora a equipe explore algumas ideias em seu novo artigo. Uma possibilidade éque as explosaµes peria³dicas venham de um aºnico objeto compacto, como uma estrela de naªutrons, que gira e oscila - um fena´meno astrofisico conhecido como precessão. Supondo que as ondas de ra¡dio emanem de um local fixo no objeto, se o objeto estiver girando ao longo de um eixo e esse eixo estiver apontado apenas na direção da Terra a cada quatro em 16 dias, observara­amos as ondas de ra¡dio como peria³dicas rajadas.

Outra possibilidade envolve um sistema bina¡rio, como uma estrela de naªutrons orbitando outra estrela de naªutrons ou um buraco negro. Se a primeira estrela de naªutrons emite ondas de ra¡dio e estãoem uma a³rbita excaªntrica que a aproxima rapidamente do segundo objeto, as maranãs entre os dois objetos podem ser fortes o suficiente para fazer com que a primeira estrela de naªutrons se deforme e rompa brevemente antes de se afastar. . Esse padrãose repetiria quando a estrela de naªutrons retornasse ao longo de sua a³rbita.

Os pesquisadores consideraram um terceiro cena¡rio, envolvendo uma fonte emissora de ra¡dio que circula uma estrela central. Se a estrela emitir um vento ou nuvem de gás, toda vez que a fonte passar pela nuvem, o gás da nuvem podera¡ aumentar periodicamente as emissaµes de ra¡dio da fonte.

"Talvez a fonte esteja sempre emitindo essas explosaµes, mas são as vemos quando atravessamos essas nuvens, porque as nuvens agem como uma lente", diz Masui.

Talvez a possibilidade mais empolgante seja a ideia de que esse novo FRB, e mesmo aqueles que não sejam peria³dicos ou mesmo repetitivos, possam se originar de magnetares - um tipo de estrela de naªutrons que se pensa ter um campo magnético extremamente poderoso. Os detalhes dos magnetares ainda são um pouco misteriosos, mas os astrônomos observaram que ocasionalmente liberam grandes quantidades de radiação atravanãs do espectro eletromagnanãtico, incluindo energia na banda de ra¡dio.

"As pessoas tem trabalhado em como fazer esses magnetares emitirem rajadas rápidas de ra¡dio, e essa periodicidade que observamos foi trabalhada nesses modelos para descobrir como isso tudo se encaixa", diz Masui.

Muito recentemente, o mesmo grupo fez uma nova observação que apoia a ideia de que os magnetares podem de fato ser uma fonte via¡vel para rajadas rápidas de ra¡dio. No final de abril, CHIME captou um sinal que parecia uma rápida explosão de ra¡dio, proveniente de um magnetar flamejante, a cerca de 30.000 anos-luz da Terra. Se o sinal for confirmado, esse seria o primeiro FRB detectado em nossa própria gala¡xia, bem como a evidência mais convincente de magnetares como fonte dessas misteriosas faa­scas ca³smicas.