Astrônomos lançam nova luz sobre a formação de misteriosas rajadas rápidas de rádio

Mais de 15 anos após a descoberta de rajadas rápidas de rádio (FRBs) – explosões cósmicas de radiação eletromagnética no espaço profundo com duração de milissegundos – astrônomos em todo o mundo têm vasculhado o universo para descobrir pistas sobre como e por que elas se formam.

Quase todos os FRBs identificados se originaram no espaço profundo fora de nossa galáxia, a Via Láctea. Isso é até abril de 2020, quando o primeiro FRB Galáctico, chamado FRB 20200428, foi detectado. Este FRB foi produzido por um magnetar (SGR J1935+2154), uma densa estrela de nêutrons do tamanho de uma cidade com um campo magnético incrivelmente poderoso.

Esta descoberta inovadora levou alguns a acreditar que os FRBs identificados a distâncias cosmológicas fora da nossa galáxia também podem ser produzidos por magnetares. No entanto, a arma fumegante para tal cenário, um período de rotação devido ao giro do magnetar, até agora escapou da detecção. Novas pesquisas sobre o SGR J1935+2154 esclarecem essa curiosa discrepância.

Na edição de 28 de julho da revista Science Advances, uma equipe internacional de cientistas, incluindo o astrofísico da UNLV Bing Zhang, relata o monitoramento contínuo de SGR J1935 + 2154 após o FRB de abril de 2020 e a descoberta de outro fenômeno cosmológico conhecido como pulsar de rádio fase cinco, meses depois.

Desvendando um enigma cosmológico

Para ajudá-los em sua busca por respostas, os astrônomos contam em parte com poderosos radiotelescópios como o enorme Telescópio Esférico de Abertura de Quinhentos Metros (FAST) na China para rastrear FRBs e outras atividades no espaço profundo. Usando o FAST, os astrônomos observaram que o FRB 20200428 e a fase pulsar posterior se originaram de diferentes regiões dentro do escopo do magnetar, o que sugere origens diferentes.

“O FAST detectou 795 pulsos em 16,5 horas durante 13 dias a partir da fonte”, disse Weiwei Zhu, principal autor do artigo do Observatório Astronômico Nacional da China (NAOC). “Esses pulsos mostram propriedades observacionais diferentes das rajadas observadas na fonte”.

Essa dicotomia nos modos de emissão da região de uma magnetosfera ajuda os astrônomos a entender como – e onde – FRBs e fenômenos relacionados ocorrem dentro de nossa galáxia e talvez também em distâncias cosmológicas maiores.

Os pulsos de rádio são explosões eletromagnéticas cósmicas, semelhantes aos FRBs, mas normalmente emitem um brilho de aproximadamente 10 ordens de magnitude menor que um FRB. Os pulsos são normalmente observados não em magnetares, mas em outras estrelas de nêutrons em rotação conhecidas como pulsares. De acordo com Zhang, autor correspondente do artigo e diretor do Centro de Astrofísica de Nevada, a maioria dos magnetares não emite pulsos de rádio na maior parte do tempo, provavelmente devido aos seus campos magnéticos extremamente fortes. Mas, como foi o caso do SGR J1935+2154, alguns deles se tornam pulsares de rádio temporários após algumas atividades de rajada.

Outra característica que diferencia bursts e pulsos são suas “fases” de emissão, ou seja, a janela de tempo em que a emissão de rádio é emitida em cada período de emissão.

“Como pulsos em pulsares de rádio, os pulsos magnetares são emitidos dentro de uma janela de fase estreita dentro do período”, disse Zhang. “Este é o conhecido efeito ‘farol’, ou seja, o feixe de emissão varre a linha de visão uma vez por período e apenas durante um curto intervalo de tempo em cada período. Pode-se então observar a emissão de rádio pulsada . “

Zhang disse que o FRB de abril de 2020 e várias rajadas posteriores menos energéticas foram emitidas em fases aleatórias, fora da janela de pulso identificada na fase do pulsar.

“Isso sugere fortemente que pulsos e rajadas se originam de diferentes locais dentro da magnetosfera magnetar, sugerindo possivelmente diferentes mecanismos de emissão entre pulsos e rajadas”, disse ele.

Implicações para FRBs cosmológicos

Uma observação tão detalhada de uma fonte de FRB galáctica lança luz sobre as misteriosas FRBs que prevalecem em distâncias cosmológicas.

Observou-se que muitas fontes de FRBs cosmológicos – aquelas que ocorrem fora de nossa galáxia – se repetem. Em alguns casos, o FAST detectou milhares de rajadas repetidas de algumas fontes. Pesquisas profundas por periodicidade em nível de segundos foram realizadas usando essas rajadas no passado e até agora nenhum período foi descoberto.

De acordo com Zhang, isso lança dúvidas sobre a ideia popular de que os FRBs repetidos eram alimentados por magnetares no passado.

“Nossa descoberta de que as rajadas tendem a ser geradas em fases aleatórias fornece uma interpretação natural para a não detecção de periodicidade de FRBs repetidos”, disse ele. “Por razões desconhecidas, rajadas tendem a ser emitidas em todas as direções de um magnetar, tornando impossível identificar períodos de fontes FRB”.