“Boom, boom, boom”: Astrónomos detectan extraño “latido de corazón” a millones de años luz de la Tierra

Astrónomos del MIT y universidades de Canadá y Estados Unidos han detectado una señal de radio extraña y persistente procedente de una galaxia lejana que parece parpadear con una regularidad sorprendente.

La señal se clasifica como una Ráfaga Rápida de Radio o FRB (por su sigla en inglés), una ráfaga intensamente fuerte de ondas de radio de origen astrofísico desconocido, que generalmente dura unos pocos milisegundos como máximo. Sin embargo, esta nueva señal persiste hasta tres segundos, aproximadamente 1000 veces más que el FRB promedio. Dentro de esta ventana, el equipo detectó ráfagas de ondas de radio que se repiten cada 0,2 segundos en un claro patrón periódico, similar al latido de un corazón.

Los investigadores han etiquetado la señal FRB 20191221A, y actualmente es la FRB de mayor duración, con el patrón periódico más claro, detectada hasta la fecha.

La fuente de la señal se encuentra en una galaxia distante, a varios miles de millones de años luz de la Tierra. Exactamente cuál podría ser esa fuente sigue siendo un misterio, aunque los astrónomos sospechan que la señal podría emanar de un púlsar de radio o un magnetar, los cuales son tipos de estrellas de neutrones: núcleos colapsados de estrellas gigantes extremadamente densos y que giran rápidamente.

“No hay muchas cosas en el universo que emitan señales estrictamente periódicas”, dijo en un comunicado Daniele Michilli, un postdoctorado en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT. “Ejemplos que conocemos en nuestra propia galaxia son los púlsares de radio y los magnetares, que giran y producen una emisión de rayos similar a un faro. Y creemos que esta nueva señal podría ser un magnetar o púlsar con esteroides”.

El equipo espera detectar más señales periódicas de esta fuente, que luego podrían usarse como un reloj astrofísico. Por ejemplo, la frecuencia de los estallidos y cómo cambian a medida que la fuente se aleja de la Tierra podría usarse para medir la velocidad a la que se expande el universo.

El descubrimiento fue publicado en la revista Nature y está escrito por miembros de la Colaboración CHIME/FRB, incluidos los coautores del MIT Calvin Leung, Juan Mena-Parra, Kaitlyn Shin y Kiyoshi Masui en el MIT, junto con Michilli, quien dirigió el descubrimiento primero como investigador en la Universidad McGill y luego como postdoctorado en el MIT.

Desde que se descubrió el primer FRB en 2007, se han detectado cientos de destellos de radio similares en todo el Universo, más recientemente por el Experimento canadiense de mapeo de intensidad de hidrógeno, o CHIME, un radiotelescopio interferométrico que consta de cuatro grandes reflectores parabólicos que se encuentra en el Dominio Observatorio Radioastrofísico en Columbia Británica, Canadá.

CHIME observa continuamente el cielo a medida que gira la Tierra y está diseñado para captar ondas de radio emitidas por el hidrógeno en las primeras etapas del universo. El telescopio también es sensible a las ráfagas de radio rápidas y, desde que comenzó a observar el cielo en 2018, CHIME ha detectado cientos de FRB que emanan de diferentes partes del cielo.

La gran mayoría de los FRB observados hasta la fecha son únicos: ráfagas ultrabrillantes de ondas de radio que duran unos pocos milisegundos antes de apagarse. Recientemente, los investigadores descubrieron el primer FRB periódico que parecía emitir un patrón regular de ondas de radio. Esta señal consistía en una ventana de cuatro días de ráfagas aleatorias que luego se repetían cada 16 días. Este ciclo de 16 días indicaba un patrón periódico de actividad, aunque la señal de las ráfagas de radio reales era aleatoria en lugar de periódica.

El 21 de diciembre de 2019, CHIME detectó una señal de un FRB potencial, lo que inmediatamente llamó la atención de Michilli, quien estaba escaneando los datos entrantes.

“Era inusual”, recuerda. “No solo fue muy largo, con una duración de unos tres segundos, sino que hubo picos periódicos que fueron notablemente precisos, emitiendo cada fracción de segundo, boom, boom, boom, como un latido del corazón. Esta es la primera vez que la señal en sí es periódica”.

Al analizar el patrón de las ráfagas de radio de FRB 20191221A, Michilli y sus colegas encontraron similitudes con las emisiones de púlsares de radio y magnetares en nuestra propia galaxia. Los púlsares de radio son estrellas de neutrones que emiten haces de ondas de radio, que parecen pulsar a medida que la estrella gira, mientras que los magnetares producen una emisión similar debido a sus campos magnéticos extremos.

La principal diferencia entre la nueva señal y las emisiones de radio de nuestros propios púlsares y magnetares galácticos es que FRB 20191221A parece ser más de un millón de veces más brillante. Michilli dice que los destellos luminosos pueden originarse en un púlsar o magnetar de radio distante que normalmente es menos brillante a medida que gira y, por alguna razón desconocida, expulsó un tren de ráfagas brillantes, en una rara ventana de tres segundos que CHIME afortunadamente pudo captar.

“CHIME ahora ha detectado muchos FRB con diferentes propiedades”, dice Michilli. “Hemos visto algunos que viven dentro de nubes que son muy turbulentas, mientras que otros parecen estar en ambientes limpios. A partir de las propiedades de esta nueva señal, podemos decir que alrededor de esta fuente hay una nube de plasma que debe ser extremadamente turbulenta”.

Los astrónomos esperan capturar ráfagas adicionales del FRB 20191221A periódico, que pueden ayudar a refinar su comprensión de su origen y de las estrellas de neutrones en general.

“Esta detección plantea la pregunta de qué podría causar esta señal extrema que nunca antes habíamos visto y cómo podemos usar esta señal para estudiar el universo”, dice Michilli. “Los futuros telescopios prometen descubrir miles de FRB al mes, y en ese momento podemos encontrar muchas más de estas señales periódicas”.