Los astrónomos vinculan una misteriosa ráfaga rápida de radio con ondas gravitacionales por primera vez

Un equipo de colegas y yo tenemos acaba de publicar pruebas in Naturaleza Astronomía por lo que podría estar produciendo misteriosos estallidos de ondas de radio provenientes de galaxias distantes, conocidas como estallidos de radio rápidos o FRB.

dos chocando estrellas de neutrones—cada uno del núcleo súper denso de una estrella que explotó— produjo un estallido de ondas gravitacionales cuando se fusionaron en un “estrella de neutrones supramasiva. El equipo descubrió que dos horas y media después produjeron una FRB cuando la estrella de neutrones colapsó en un agujero negro.

O eso creemos. La prueba clave que confirmaría o refutaría nuestra teoría, un destello óptico o de rayos gamma proveniente de la dirección del estallido rápido de radio, desapareció hace casi cuatro años. En unos meses, podríamos tener otra oportunidad de averiguar si estamos en lo correcto.

Breve y poderoso

Los FRB son pulsos increíblemente poderosos de ondas de radio del espacio que duran alrededor de una milésima de segundo. Utilizando datos de un radiotelescopio en Australia, el Australian Square Kilometre Array Pathfinder (PREGUNTAR), los astrónomos han encontrado que la mayoría de los FRB provienen de galaxias tan distantes que la luz toma miles de millones de años para llegar a nosotros. Pero lo que produce estas ráfagas de ondas de radio ha desconcertado a los astrónomos desde una detección inicial en el 2007.

La mejor pista proviene de un objeto en nuestra galaxia conocido como SGR 1935+2154. Es un magnetizar, que es una estrella de neutrones con campos magnéticos un billón de veces más fuertes que un imán de nevera. El 28 de abril de 2020, produjo un violenta ráfaga de ondas de radio—similar a un FRB, aunque menos potente.

Los astrónomos han predicho durante mucho tiempo que dos estrellas de neutrones, una binaria, se fusionarían para producir una agujero negro también debe producir una ráfaga de ondas de radio. Las dos estrellas de neutrones serán altamente magnéticas y los agujeros negros no pueden tener campos magnéticos. La idea es que la repentina desaparición de los campos magnéticos cuando las estrellas de neutrones se fusionan y colapsan en un agujero negro produce un rápido estallido de radio. Los campos magnéticos cambiantes producen campos eléctricos: así es como la mayoría de las centrales eléctricas producen electricidad. Y el gran cambio en los campos magnéticos en el momento del colapso podría producir los intensos campos electromagnéticos de un FRB.

La búsqueda de la pistola humeante

Para probar esta idea, Alexandra Moroianu, estudiante de maestría en la Universidad de Australia Occidental, buscó estrellas de neutrones fusionadas detectadas por el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO) en los EE.UU. Las ondas gravitacionales que busca LIGO son ondas en el espacio-tiempo, producidas por las colisiones de dos objetos masivos, como las estrellas de neutrones.

LIGO ha encontrado dos fusiones binarias de estrellas de neutrones. Crucialmente, el segundo, conocido como GW190425, ocurrió cuando un nuevo telescopio de caza FRB llamado REPICAR también estaba operativo. Sin embargo, al ser nuevo, CHIME tardó dos años para lanzar su primer lote de datos. Cuando lo hizo, Moroianu identificó rápidamente una ráfaga de radio rápida llamada FRB 20190425A que ocurrió solo dos horas y media después de GW190425.

Por emocionante que fuera, había un problema: solo uno de los dos detectores de LIGO estaba funcionando en ese momento, por lo que muy incierto de dónde había venido exactamente GW190425. De hecho, había un cinco por ciento de posibilidades de que esto pudiera ser solo una coincidencia.

Peor aún, el Fermi El satélite, que podría haber detectado rayos gamma de la fusión, la "pistola humeante" que confirma el origen de GW190425, fue bloqueado por la tierra en el momento.

Es poco probable que sea una coincidencia

Sin embargo, la pista crítica fue que los FRB rastrean la cantidad total de gas que han atravesado. Sabemos esto porque las ondas de radio de alta frecuencia viajan más rápido a través del gas que las ondas de baja frecuencia, por lo que la diferencia de tiempo entre ellas nos indica la cantidad de gas.

porque conocemos la densidad media de gas del universo, podemos relacionar este contenido de gas con la distancia, lo que se conoce como relación Macquart. Y la distancia recorrida por FRB 20190425A coincidió casi a la perfección con la distancia a GW190425. ¡Bingo!

Entonces, ¿hemos descubierto la fuente de todos los FRB? No. No hay suficientes estrellas de neutrones fusionadas en el universo para explicar la cantidad de FRB; algunas aún deben provenir de magnetares, como lo hizo SGR 1935+2154.

E incluso con la evidencia, todavía hay una probabilidad de 1 en 200 de que todo esto sea una gran coincidencia. Sin embargo, LIGO y otros dos detectores de ondas gravitacionales, Virgo y KAGRA, Will dar la vuelta en mayo de este año, y ser más sensibles que nunca, mientras CHIME y otros radiotelescopios están listos para detectar inmediatamente cualquier FRB de fusiones de estrellas de neutrones.

En unos meses, es posible que descubramos si hemos logrado un avance clave, o si fue solo un destello en la sartén.

Clancy W. James quisiera agradecer a Alexandra Moroianu, autora principal del estudio; sus coautores, Linqing Wen, Fiona Panther, Manoj Kovalem (Universidad de Australia Occidental), Bing Zhang y Shunke Ai (Universidad de Nevada); y su difunto mentor, Jean-Pierre Macquart, quien verificó experimentalmente la relación gas-distancia, que ahora lleva su nombre.

Este artículo se republica de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el articulo original.

Crédito de la imagen: CSIRO/Alex Cherney

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• Fuente: https://singularityhub.com/2023/03/30/for-the-first-time-astronomers-have-linked-a-mysterious-fast-radio-burst-with-gravitational-waves/