Por primera vez, los astrónomos han detectado una ráfaga de radio rápida (FRB) en las afueras de una antigua galaxia elíptica muerta, un hogar sin precedentes para un fenómeno previamente asociado con galaxias mucho más jóvenes.
El descubrimiento, detallado en dos estudios complementarios dirigidos por la Universidad Northwestern y la Universidad McGill, echa por tierra las suposiciones de que los FRB se originan enteramente en regiones activas de formación estelar. En cambio, nueva evidencia observacional indica que los orígenes de estos misteriosos eventos cósmicos pueden ser más diversos de lo que se pensaba anteriormente.
Ambos estudios se publicarán el martes (21 de enero). Cartas de revistas astrofísicas.
“La teoría actual es que los FRB provienen de magnetares formados por supernovas de colapso del núcleo”, dijo Tarnah Iftikhari de Northwestern, quien dirigió un estudio y fue coautor del otro. “Ese no parece ser el caso aquí. Mientras que las estrellas jóvenes y masivas terminan sus vidas como supernovas de colapso del núcleo, no vemos evidencia de estrellas jóvenes en esta galaxia. Gracias a este nuevo descubrimiento, está surgiendo una imagen. Esto sugiere que No todos los FRB provienen de estrellas jóvenes, por lo que puede haber una subpoblación de FRB asociada con sistemas más antiguos”.
“Este nuevo FRB nos muestra que justo cuando crees que entiendes un fenómeno astronómico, el universo gira y nos sorprende”, dijo Wen Fei Fong de Northwestern, autor principal de ambos estudios. “Este ‘diálogo’ con el universo es lo que hace que nuestro campo de la astronomía en el dominio del tiempo sea tan increíblemente emocionante”.
Eftekhari es miembro Einstein de la NASA en el Centro Northwestern para la Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica (CIERA). Fong es profesor asociado de física y astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y miembro de CIERA.
Una novedad en los telescopios con estabilizadores de timbre
Los astrónomos detectaron por primera vez el nuevo FRB, llamado FRB 20240209A, en febrero de 2024 con el Experimento Canadiense de Mapeo de Intensidad del Hidrógeno (CHIME). Los FRB, que brillan y desaparecen en milisegundos, son ráfagas de radio breves y potentes que producen más energía de la que emite nuestro Sol en un año entero.
Pero el incidente estalló más de una vez. Entre las ráfagas iniciales de febrero a julio de 2024, la misma fuente produjo 21 pulsos más, seis de los cuales también fueron detectados por un telescopio Outrigger ubicado a 60 kilómetros de la estación principal de CHIME. Los estabilizadores, una versión más pequeña de CHIME, permiten a los astrónomos restringir con precisión ubicaciones específicas de FRB en el cielo.
La galaxia anfitriona de FRB más grande hasta la fecha
Después de que el equipo identificó la posición de la FRB, Eftekhari y sus colegas se apresuraron a utilizar telescopios en los observatorios WM Keck y Gemini para explorar la atmósfera que rodeaba el evento. En una sala especial en el campus de Evanston, los astrónomos de Northwestern tienen acceso remoto a Keck, lo que les permite observar rápidamente fenómenos de gran interés.
En lugar de encontrar una galaxia joven, estas observaciones revelaron sorprendentemente que la FRB se originó en el borde de una galaxia vecina de 11.300 millones de años, situada a sólo 2.000 millones de años luz de la Tierra.
Para aprender más sobre esta inusual galaxia anfitriona, el equipo utilizó computadoras de alto rendimiento para ejecutar simulaciones. Descubrieron que la galaxia es extremadamente brillante e increíblemente vasta: 100 mil millones de veces la masa de nuestro Sol.
Parece ser la galaxia anfitriona de FRB más grande jamás descubierta, dijo Iftikhari. “Es una de las galaxias más grandes que existen”.
Hogar lejos de casa
Pero, aunque la mayoría de las FRB se originan dentro de sus propias galaxias, el equipo encontró FRB 20240209A en las afueras de su hogar, a 130.000 años luz del centro galáctico, donde existen pocas otras estrellas.
“Entre la población de FRB, esta FRB es la más alejada del centro de su galaxia anfitriona”, dijo Vishwange Shah, un estudiante graduado de McGill que dirigió el esfuerzo para identificar el origen de la FRB. “Esto es a la vez sorprendente y emocionante, ya que se espera que los FRB se originen dentro de galaxias, a menudo en regiones de formación estelar. La ubicación de este FRB tan lejos de su galaxia anfitriona plantea la cuestión de si tales eventos energéticos pueden ocurrir en regiones donde no Se están formando nuevas estrellas.”
FRB ‘gemelos’
Antes de este descubrimiento, los astrónomos sólo habían rastreado otro FRB en el borde exterior de la galaxia. En 2022, un equipo internacional de astrónomos detectó una FRB, que emana de un estrecho cúmulo de estrellas en el borde de Messier 81 (M81), una galaxia espiral de gran diseño situada a unos 12 millones de años luz de la Tierra. Aunque FRB 20240209A ocurrió en una galaxia elíptica, los dos eventos tienen otras similitudes.
“Hace unos años, el FRB M81 fue descubierto sorprendentemente dentro de un denso cúmulo de estrellas llamado cúmulo globular”, dijo Fong. “Este evento por sí solo se opuso a la línea de pensamiento convencional y nos llevó a explorar otros escenarios precursores de los FRB. Desde entonces, no se han observado FRB, lo que nos lleva a creer que fue algo único. El descubrimiento fue… hasta ahora.
“De hecho, este CHIME FRB puede ser el gemelo del evento M81. Está lejos de su galaxia natal (donde se está formando una estrella) y la población estelar en su galaxia natal es muy antigua. Es un día brillante”. Ahora que nos acercamos a la jubilación, ese tipo de entorno antiguo nos está obligando a revisar nuestros modelos estándar de progenitores FRB, canales de formación más exóticos, lo cual es interesante”.
De los casi 100 FRB apuntados hasta ahora a la galaxia, lo más probable es que se originen a partir de magnetares, formados por supernovas de colapso del núcleo. Sin embargo, los astrónomos creen que el origen de FRB 20240209A puede ser similar al FRB encontrado en M81.
Posibles explicaciones.
El estudio dirigido por McGill analiza la posibilidad de que el nuevo FRB se haya originado dentro de un denso cúmulo globular. Estos cúmulos son sitios prometedores para magnetares posiblemente formados por otros mecanismos y asociados con estrellas más antiguas, incluida la fusión de dos estrellas de neutrones o el colapso de una enana blanca bajo su propia gravedad.
“El origen de un cúmulo globular para esta FRB repetida es la explicación más probable de por qué esta FRB está ubicada fuera de su galaxia anfitriona”, dijo Shah. “No sabemos a ciencia cierta si hay un cúmulo globular en la posición del FRB y proponemos utilizar el telescopio espacial James Webb para realizar observaciones de seguimiento de la ubicación del FRB. Otro FRB que sea un cúmulo globular. Si no, “Tenemos que considerar escenarios exóticos alternativos para el origen del FRB”.
“Está claro que todavía hay mucho espacio para descubrir interesantes en lo que respecta a los FRB, y que sus entornos pueden contener la clave para desbloquear sus secretos”, dijo Iftikhari.
El estudio, “Una fuente de ráfaga de radio rápida en las afueras de una galaxia inactiva” y “Una galaxia elíptica masiva y inactiva que alberga la ráfaga de radio rápida recurrente FRB 20240209A”, contó con el apoyo de la Fundación Gordon y Betty Moore, NASA, Space. Instituto de Ciencias del Telescopio, Fundación Nacional de Ciencias, Fundación David y Lucile Packard, Fundación Alfred P. Sloan, Corporación de Investigación para el Avance de la Ciencia, Instituto Canadiense de Investigación Avanzada, Consejo Canadiense de Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá, Fundación Canadiense para la Innovación y el Espacio Ultraterrestre en el Instituto McGill.
