Astrónomos de un equipo de investigación internacional, incluidos científicos del Departamento de Física de la Universidad de Hong Kong (HKU), han encontrado la evidencia más clara hasta el momento de que algunas ráfagas de radio rápidas se originan en sistemas estelares binarios. Las ráfagas de radio rápidas, o FRB, son destellos extremadamente potentes de ondas de radio que duran sólo milisegundos y provienen de galaxias distantes. Hasta ahora, se suponía que estas señales provenían de una única estrella aislada.
Los nuevos hallazgos muestran que al menos algunas fuentes de FRB son parte de pares estelares, dos estrellas que orbitan entre sí. El descubrimiento cambia las suposiciones arraigadas sobre de dónde provienen estas misteriosas señales y cómo se producen.
El equipo logró el éxito utilizando el Telescopio Esférico de Apertura de Quinientos Metros (FAST) en Guizhou, ampliamente conocido como el “China Sky Eye”. Mientras observaban una FRB repetida a aproximadamente 2.500 millones de años luz de la Tierra, los investigadores detectaron una señal única que indicaba la presencia de una estrella compañera cercana. Los hallazgos, publicados en Science, se basan en casi 20 meses de observaciones detalladas.
Una rara señal apunta a una estrella compañera
Las ondas de radio transmiten pistas sobre el espacio por el que viajan, incluidos cambios en su polarización. Al estudiar estos cambios, los astrónomos pueden aprender sobre el entorno alrededor de una fuente FRB. Durante sus observaciones, el equipo detectó un fenómeno inusual conocido como “llamarada RM”. Implica un cambio repentino y dramático en las características de polarización de la señal de radio.
Los investigadores creen que la llamarada fue causada por una eyección de masa coronal (CME) de una estrella compañera. Tal erupción emitiría una nube de plasma denso y magnetizado, cambiando temporalmente el espacio alrededor de la fuente FRB a medida que pasa por la línea de visión.
“Este hallazgo proporciona una pista definitiva sobre el origen de al menos algunos FRB repetidos”, dijo el profesor Bing Zhang, catedrático de astrofísica en el Departamento de Física y director fundador del Instituto de Astronomía y Astrofísica de Hong Kong de HKU, y autor del artículo. “La evidencia apoya firmemente un sistema binario que contiene un magnetar, una estrella de neutrones con un campo magnético muy fuerte y una estrella similar a nuestro Sol”.
Por qué es importante repetir ráfagas de radio rápidas
Las ráfagas de radio rápidas liberan grandes cantidades de energía en un período de tiempo muy corto, aunque sólo duran milisegundos. La mayoría de los FRB sólo se han detectado una vez, lo que dificulta su estudio. Sin embargo, un pequeño grupo repite, brindando a los astrónomos una rara oportunidad de rastrear cambios a lo largo del tiempo y descubrir patrones.
Desde 2020, FAST ha estado monitoreando intensamente los FRB repetidos a través de un programa científico clave de FRB dedicado codirigido por el profesor Bing Zhang. Una de estas fuentes, conocida como FRB 220529A, se convirtió en el foco del nuevo descubrimiento.
“FRB 220529A fue observado durante varios meses e inicialmente parecía extraordinario”, dijo el profesor Bing Zhang. “Entonces, después de 17 meses de seguimiento a largo plazo, sucedió algo realmente emocionante”.
Seguimiento de un cambio repentino en la señal
Se sabe que los FRB tienen casi un 100% de polarización lineal. A medida que las ondas de radio pasan a través del plasma magnetizado, su ángulo de polarización cambia según la frecuencia, un proceso llamado rotación de Faraday. Este efecto se mide utilizando un estándar conocido como medición de rotación (RM).
“A finales de 2023, detectamos un aumento repentino de RM en un factor de más de cien”, dijo el Dr. Ye LI del Observatorio de la Montaña Púrpura y la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, primer autor del artículo.
“El RM luego disminuye rápidamente en dos semanas, volviendo a los niveles anteriores. A esto lo llamamos el ‘brote de RM’.
Este cambio breve pero extremo es consistente con una densa nube de plasma magnetizado que cruza el camino entre la FRB y la Tierra.
“Una explicación natural es que una estrella compañera cercana expulsó este plasma”, explica el profesor Bing Zhang.
“Este modelo funciona bien para explicar las observaciones”, afirmó el profesor Yuanpei Yang, profesor de la Universidad de Yunnan y coautor del artículo. “La acumulación de plasma esencial es consistente con las CME iniciadas por el Sol y otras estrellas de la Vía Láctea”.
Aunque la estrella compañera en sí no es directamente visible a una distancia tan grande, su presencia ha quedado clara a través de continuas observaciones de radio utilizando FAST y el telescopio Parkes de Australia.
Una imagen completa de las ráfagas de radio rápidas
“Este descubrimiento fue posible gracias a observaciones diligentes utilizando los mejores telescopios del mundo y el trabajo incansable de nuestro dedicado equipo de investigación”, dijo el autor principal correspondiente, Xuefeng Wu, profesor del Observatorio de la Montaña Púrpura y de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China.
Los hallazgos respaldan un marco teórico más amplio propuesto por el profesor Bing Zhang y sus colegas. En este modelo, todos los FRB son producidos por imanes, mientras que las interacciones entre sistemas binarios ayudan a crear las condiciones que permiten que algunas de estas fuentes emitan ráfagas más frecuentes. Las observaciones continuas a largo plazo pueden ayudar a los científicos a determinar qué tan comunes son los sistemas binarios entre las fuentes de FRB.
Cooperación y apoyo
En la investigación participaron científicos de HKU, el Observatorio de la Montaña Púrpura, la Universidad de Yunnan, el Observatorio Astronómico Nacional de la Academia de Ciencias de China y otras instituciones. El profesor Xuefeng Wu (Observatorio de la Montaña Púrpura), el profesor Peng Xiang y Weiwei Zhu (Observatorio Astronómico Nacional) y el profesor Bing Zhang del Departamento de Física de HKU fueron coautores correspondientes.
La financiación provino de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, con subvenciones nacionales e internacionales adicionales. El tiempo de observación fue proporcionado por el Proyecto Científico Clave FAST FRB (W.-W. Zhu y B. Zhang Co-PI), un programa FAST DDT (coordinado por X.-F. Wu y P. Jiang) y proyectos separados FAST y Parkes PI (PI: Y. Li y SB Zhang).
