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| los platos de Westerbork (izquierda) detectaron una ráfaga de radio rápida y periódica en el cielo azul de alta frecuencia. El tiempo pasó y las estrellas de fondo fijas se convirtieron en estelas. Sólo mucho más tarde, la misma fuente emitió en el cielo rojo de baja frecuencia. Crédito: Joeri van Leeuwen |
Conectando dos de los mayores radiotelescopios del mundo, los astrónomos han descubierto que, después de todo, un simple viento binario no puede causar la desconcertante periodicidad de un estallido de radio rápido. Las ráfagas podrían proceder de una estrella de neutrones aislada y altamente magnetizada. Las detecciones de radio también muestran que las ráfagas de radio rápidas, algunos de los eventos más energéticos del universo, están libres de material que las cubra. Esta transparencia aumenta aún más su importancia para la cosmología. Los resultados aparecen en Nature esta semana.
Colores de radio
El uso de los "colores de radio" ha permitido el avance. En la luz óptica, los colores son la forma en que el ojo distingue cada longitud de onda. Nuestro arco iris va desde la luz óptica azul de menor longitud de onda hasta la luz óptica roja de mayor longitud de onda. Pero la radiación electromagnética que el ojo humano no puede ver, porque la longitud de onda es demasiado larga o corta, es igualmente real. Los astrónomos la llaman "luz ultravioleta" o "luz de radio". La luz de radio extiende el arco iris más allá del borde rojo que vemos. El propio arco iris de radio también va de la radio "más azul" de longitud de onda corta a la radio "más roja" de longitud de onda larga. Las longitudes de onda del radio son un millón de veces más largas que las longitudes de onda del azul y el rojo ópticos, pero fundamentalmente son solo "colores": colores del radio.
El equipo de astrónomos ha estudiado ahora una ráfaga de radio rápida en dos longitudes de onda de radio -una más azul y otra mucho más roja- al mismo tiempo. Las ráfagas de radio rápidas son algunos de los destellos más brillantes del cielo radioeléctrico, pero emiten fuera de nuestra visión humana. Solo duran alrededor de 1/1000 de segundo. La energía necesaria para formar las ráfagas de radio rápidas debe ser extremadamente alta. Sin embargo, se desconoce su naturaleza exacta. Algunas ráfagas de radio rápidas se repiten, y en el caso de FRB 20180916B, esa repetición es periódica. Esta periodicidad condujo a una serie de modelos en los que las ráfagas de radio rápidas provienen de un par de estrellas que orbitan entre sí. La órbita binaria y el viento estelar crean entonces la periodicidad. "Se esperaba que los fuertes vientos estelares de la compañera de la fuente de ráfagas de radio rápidas dejaran escapar del sistema la mayor parte de la luz de radio azul de longitud de onda corta. Pero la radio más roja de longitud de onda larga debería estar más bloqueada, o incluso completamente", afirma Inés Pastor-Marazuela (Universidad de Ámsterdam y ASTRON), primera autora de la publicación.
Combinando Westerbork y LOFAR
Para probar este modelo, el equipo de astrónomos combinó los telescopios LOFAR y Westerbork renovado. Así pudieron estudiar simultáneamente la FRB 20180916B en dos colores de radio. Westerbork observó la longitud de onda más azul de 21 centímetros, mientras que LOFAR observó la longitud de onda mucho más roja, de 3 metros. Ambos telescopios grabaron películas de radio con miles de fotogramas por segundo. Un superordenador de aprendizaje automático muy rápido detectó rápidamente las ráfagas. "Una vez que analizamos los datos y comparamos los dos colores de radio, nos quedamos muy sorprendidos", dice Pastor-Marazuela. "Los modelos existentes de vientos binarios predecían que las ráfagas deberían brillar sólo en azul, o al menos durar mucho más tiempo allí. Pero vimos dos días de estallidos de radio más azules, seguidos de tres días de estallidos de radio más rojos. Ahora descartamos los modelos originales: debe estar ocurriendo algo más".
Las detecciones de ráfagas de radio rápidas fueron las primeras realizadas con LOFAR. Hasta entonces no se había visto ninguna en longitudes de onda superiores a 1 metro. El Dr. Yogesh Maan, de ASTRON, fue el primero en ver las ráfagas de LOFAR: "Fue emocionante descubrir que las ráfagas de radio rápidas brillan en longitudes de onda tan largas. Después de revisar una inmensa cantidad de datos, al principio me costó creerlo, aunque la detección era convincente. Pronto llegaron más ráfagas". Este descubrimiento es importante porque significa que la emisión de radio más roja y de mayor longitud de onda puede escapar del entorno que rodea a la fuente del estallido de radio rápido. "El hecho de que algunas ráfagas de radio rápidas vivan en entornos limpios, relativamente libres de cualquier niebla densa de electrones en la galaxia anfitriona, es muy emocionante", dice el coautor Dr. Liam Connor (U. Amsterdam/ASTRON). "Estos estallidos de radio rápidos desnudos nos permitirán dar caza a la esquiva materia bariónica que sigue sin aparecer en el universo".
Magnetares
El telescopio LOFAR y el sistema Apertif de Westerbork son formidables por derecho propio, pero los avances fueron posibles porque el equipo conectó directamente ambos, como si fueran uno solo. "Construimos un sistema de aprendizaje automático en tiempo real en Westerbork que alertaba a LOFAR cada vez que entraba una ráfaga", dice el investigador principal, el Dr. Joeri van Leeuwen (ASTRON/U. Amsterdam), "pero no se vieron ráfagas simultáneas de LOFAR. Primero pensamos que una neblina alrededor de los estallidos de radio rápidos estaba bloqueando todos los estallidos más rojos, pero sorprendentemente, una vez que los estallidos más azules habían cesado, aparecieron los estallidos más rojos. Fue entonces cuando nos dimos cuenta de que los modelos de vientos binarios simples quedaban descartados. Las ráfagas de radio rápidas están desnudas y podrían ser producidas por magnetares".
Tales magnetares son estrellas de neutrones, de una densidad mucho mayor que la del plomo, que también son altamente magnéticas. Sus campos magnéticos son muchas veces más fuertes que el imán más fuerte de cualquier laboratorio de la Tierra. "Un magnetar aislado y de rotación lenta es lo que mejor explica el comportamiento que hemos descubierto", dice Pastor-Marazuela. "Se parece mucho a ser un detective: nuestras observaciones han reducido considerablemente los modelos de ráfagas de radio rápidas que pueden funcionar".
Fuentes, créditos y referencias:
Inés Pastor-Marazuela et al, Chromatic periodic activity down to 120 megahertz in a fast radio burst, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03724-8