Os cientistas capturaram observações sem precedentes de sinais bizarros no espaço, revelando novas informações sobre porque alguns desses pulsos inexplicáveis, conhecidos como rajadas rápidas de rádio (de sigla em inglês, FRBs), parecem piscar em padrões periódicos claros.
Detectados pela primeira vez em 2007, as FRBs são pulsos de rádio extremamente brilhantes que explodem por uma fração de segundo, mas ainda podem ser observadas ao longo de bilhões de anos-luz, sugerindo que são alimentadas por fontes altamente energéticas. Algumas FRBs são únicas que parecem piscar apenas um único sinal, enquanto outras são “repetidores” que produzem pulsos múltiplos.
Fica ainda mais estranho: dois desses repetidores mostram periodicidade em seus pulsos, o que significa que eles têm fases ativas e dormentes distintas. Alguns cientistas propuseram que esta periodicidade é causada por fontes FRB localizadas em ambientes confusos que são nublados com detritos de supernovas ou gás varrido pelo vento de estrelas companheiras. Este material estelar pode bloquear intermitentemente os sinais de rádio de nossa perspectiva na Terra, criando as fases ativa e dormente, ou assim sugere esta hipótese.
Em outras palavras, os ciclos regulares de alguns sinais de repetidores podem ser causados por fatores ambientais ao invés de alguma característica da própria fonte. Agora, no entanto, um novo estudo descartou essa explicação.
Cientistas liderados por Inés Pastor-Marazuela, uma estudante de doutorado no Instituto de Astronomia Anton Pannekoek da Universidade de Amsterdã, capturaram observações nunca antes obtidas de um repetidor periódico conhecido como FRB 20180916B, com a ajuda de dois instrumentos avançados: o Westerbork Synthesis Radio Telescope/Apertif e o Low Frequency Array (LOFAR).
Enquanto estudos anteriores investigaram FRBs até frequências de rádio de 300 MHz, o LOFAR detectou frequências tão baixas quanto 150 MHz do repetidor periódico, que correspondem a comprimentos de onda muito longos medindo três metros. Este olhar excepcionalmente profundo na FRB 20180916B revelou percepções inesperadas que “desfavorecem fortemente” a ideia de que ambientes bagunçados causam periodicidade em FRBs, de acordo com um estudo publicado na quarta-feira na Nature.
Joeri van Leeuwen, um radioastrônomo do Instituto Holandês de Radioastronomia (ASTRON) que é coautor do estudo, informou por e-mail:
“Ondas de rádio de baixa frequência têm problemas para escapar de ambientes nebulares densos, como os restos de explosões estelares.
Então, nosso objetivo era tentar detectar essas ondas de baixa frequência de uma FRB, porque isso excluiria a ideia de que FRBs são emitidas por, por exemplo, estrelas de nêutrons que acabaram de se formar em uma supernova, e ainda envolta pelo material da explosão.
Isso também excluiria que, por exemplo, um vento estelar denso eclipsa continuamente a FRB em baixas frequências.”
Muitos cientistas tentaram detectar FRBs nessas frequências baixas, mas este estudo oferece a primeira tentativa bem-sucedida de capturá-las. A equipe conseguiu as observações excepcionais monitorando vários ciclos da FRB 20180916B, que exibe um padrão de 16 dias: um período de estouro ativo de quatro dias, seguido por um período de dormência com duração de 12 dias. A instalação Westerbork/Apertif observou este ciclo por 388 horas em frequências de rádio normais, enquanto mantinha automaticamente o LOFAR informado sobre seu progresso.
Explicou van Leeuwen:
“Conectamos dois dos maiores radiotelescópios do mundo para investigar isso. Westerbork/Apertif é um sistema muito sensível e novo que funciona em uma frequência que sabemos que as FRBs emitem. Ele nos alerta sempre que uma FRB dispara.
Em seguida, verificamos com muito cuidado se LOFAR viu esta FRB em baixas frequências, porque nenhuma tinha sido visto antes.
Agora, esses telescópios são muito competitivos e caros, então começamos com uma das FRBs mais ativas, e uma que também foi detectada em frequências médias-baixas: FRB 20180916B.”
Os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrirem que ambos os telescópios observaram sinais de rádio, mas não captaram as mesmas rajadas. O Westerbork/Apertif observou comprimentos de onda mais curtos e familiares, que foram seguidos por rajadas atrasadas de comprimentos de onda mais longos vistos pelo LOFAR. Os resultados implicam que a fonte de FRB 20180916B está em um ambiente ‘limpo’, sem muitos detritos estelares ou ventos interferentes de uma estrela próxima para bloquear esses comprimentos de onda mais longos de viajarem livremente através do espaço para a Terra.
Uma fonte mais provável de repetidores FRB periódicos, de acordo com o estudo, é um tipo de estrela morta hiper-densa conhecida como magnetar. Um magnetar que emite pulsos enquanto gira lentamente pode criar o tipo de padrão visto na FRB 20180916B, com sua fase ativa causada por uma orientação em direção à Terra e sua fase dormente correlacionada à sua inclinação para longe de nosso planeta.
Van Leeuwen disse:
“As observações que apresentamos correspondem muito bem a modelos de magnetar isolados de giro lento. Isso significaria que a fonte estaria girando muito mais lentamente do que qualquer outra estrela de nêutrons conhecida, uma ideia que exigirá algum tempo para se acostumar.
Estamos claramente chegando perto, mas o quebra-cabeça certamente ainda não foi resolvido. Espero que, a partir de nossas medições, surja uma grande variedade de modelos novos e melhores.”
Para tanto, os pesquisadores planejam usar esses dois telescópios sofisticados para observar outras FRBs repetitivas. Pesquisas futuras de baixa frequência podem lançar mais luz sobre as fontes misteriosas de FRBs, que podem ser causadas por muitos fenômenos diferentes, e também podem revelar percepções muito mais amplas sobre o nosso universo.
Concluiu van Leeuwen:
“Agora que sabemos que as FRBs podem viver em ambientes limpos, podemos usá-las de forma mais confiável como balizas no espaço que nos permitem mapear os átomos em nosso Universo (cerca de metade dos quais estão ausentes quando usamos outros métodos).
Essa cosmologia é uma perspectiva empolgante para nós, em uma escala de tempo um pouco mais longa.”
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