Estranha explosão de rádio levanta novas questões

Os astrônomos encontraram apenas o segundo exemplo de um Fast Radio Burst (FRB) altamente ativo e repetitivo com uma fonte compacta de emissão de rádio mais fraca, mas persistente entre as rajadas. A descoberta levanta novas questões sobre a natureza desses objetos misteriosos e também sobre sua utilidade como ferramentas para estudar a natureza do espaço intergaláctico. Os cientistas usaram o Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) da National Science Foundation e outros telescópios para estudar o objeto, descoberto pela primeira vez em 2019.

O objeto, chamado FRB 190520, foi encontrado pelo radiotelescópio esférico de abertura de quinhentos metros (FAST) na China. Uma explosão do objeto ocorreu em 20 de maio de 2019 e foi encontrada nos dados desse telescópio em novembro daquele ano. Observações de acompanhamento com o FAST mostraram que, ao contrário de muitos outros FRBs, ele emite rajadas frequentes e repetidas de ondas de rádio.

Observações com o VLA em 2020 identificaram a localização do objeto, e isso permitiu observações de luz visível com o telescópio Subaru no Havaí para mostrar que está nos arredores de uma galáxia anã a quase 3 bilhões de anos-luz da Terra. As observações do VLA também descobriram que o objeto emite constantemente ondas de rádio mais fracas entre as rajadas.

“Essas características fazem com que este se pareça muito com o primeiro FRB cuja posição foi determinada – também pelo VLA – em 2016”, disse Casey Law, da Caltech. Esse desenvolvimento foi um grande avanço, fornecendo as primeiras informações sobre o ambiente e a distância de uma FRB. No entanto, sua combinação de rajadas repetidas e emissão de rádio persistente entre rajadas, provenientes de uma região compacta, colocou o objeto de 2016, chamado FRB 121102, além de todos os outros FRBs conhecidos até agora.

“Agora temos dois como este, e isso levanta algumas questões importantes”, disse Law. Law faz parte de uma equipe internacional de astrônomos que relatam suas descobertas na revista Nature.

As diferenças entre o FRB 190520 e o FRB 121102 e todos os outros reforçam a possibilidade sugerida anteriormente de que pode haver dois tipos diferentes de FRBs.

“Aqueles que repetem são diferentes daqueles que não repetem? E quanto à emissão de rádio persistente – isso é comum?” disse Kshitij Aggarwal, estudante de pós-graduação da West Virginia University (WVU).

Os astrônomos sugerem que pode haver dois mecanismos diferentes produzindo FRBs ou que os objetos que os produzem podem agir de maneira diferente em diferentes estágios de sua evolução. Os principais candidatos para as fontes de FRBs são as estrelas de nêutrons superdensas que sobraram depois que uma estrela massiva explodiu como uma supernova, ou estrelas de nêutrons com campos magnéticos ultra-fortes, chamados magnetares.

Uma característica do FRB 190520 questiona a utilidade dos FRBs como ferramentas para estudar o material entre eles e a Terra. Os astrônomos geralmente analisam os efeitos do material interveniente nas ondas de rádio emitidas por objetos distantes para aprender sobre esse próprio material tênue. Um desses efeitos ocorre quando as ondas de rádio passam pelo espaço que contém elétrons livres. Nesse caso, as ondas de alta frequência viajam mais rapidamente do que as ondas de baixa frequência.

Esse efeito, chamado de dispersão, pode ser medido para determinar a densidade de elétrons no espaço entre o objeto e a Terra, ou, se a densidade de elétrons for conhecida ou presumida, fornecer uma estimativa aproximada da distância até o objeto. O efeito muitas vezes é usado para fazer estimativas de distância para pulsares.

Isso não funcionou para o FRB 190520. Uma medição independente da distância baseada no deslocamento Doppler da luz da galáxia causada pela expansão do Universo colocou a galáxia a quase 3 bilhões de anos-luz da Terra. No entanto, o sinal da explosão mostra uma quantidade de dispersão que normalmente indicaria uma distância de aproximadamente 8 a 9,5 bilhões de anos-luz.

“Isso significa que há muito material perto do FRB que confundiria qualquer tentativa de usá-lo para medir o gás entre as galáxias”, disse Aggarwal. “Se esse for o caso de outros, não podemos contar com o uso de FRBs como critérios cósmicos”, acrescentou.

Os astrônomos especularam que FRB 190520 pode ser um “recém-nascido”, ainda cercado por material denso ejetado pela explosão da supernova que deixou para trás a estrela de nêutrons. À medida que esse material eventualmente se dissipa, a dispersão dos sinais de explosão também diminuiria. No cenário “recém-nascido”, eles disseram, as rajadas repetidas também podem ser uma característica de FRBs mais jovens e diminuir com a idade.

Animação da sequência de eventos que produzem a rajada rápida de rádio. Crédito: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

Repeating Fast Radio Burst from NRAO Outreach on Vimeo.

“O campo FRB está se movendo muito rápido agora e novas descobertas estão sendo lançadas mensalmente. No entanto, grandes questões ainda permanecem, e este objeto está nos dando pistas desafiadoras sobre essas questões”, disse Sarah Burke-Spolaor, da WVU.

O Observatório Nacional de Radioastronomia é uma instalação da National Science Foundation, operada sob acordo cooperativo pela Associated Universities, Inc.

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