Astrônomos relacionam uma misteriosa explosão rápida de rádio com ondas gravitacionais pela primeira vez

Uma equipe de colegas e eu apenas evidências publicadas in Astronomia da Natureza para o que pode estar produzindo rajadas misteriosas de ondas de rádio vindas de galáxias distantes, conhecidas como rajadas de rádio rápidas ou FRB.

dois colidindo estrelas de nêutrons— cada núcleo superdenso de uma estrela explodida — produziu uma explosão de ondas gravitacionais quando se fundiram em um “estrela de nêutrons "supramassiva". A equipe descobriu que duas horas e meia depois eles produziram um FRB quando a estrela de nêutrons entrou em colapso em um buraco negro.

Ou assim pensamos. A principal evidência que confirmaria ou refutaria nossa teoria – um flash óptico ou de raios gama vindo da direção da rápida rajada de rádio – desapareceu há quase quatro anos. Em alguns meses, poderemos ter outra chance de descobrir se estamos corretos.

Breve e Poderoso

FRBs são pulsos incrivelmente poderosos de ondas de rádio do espaço que duram cerca de um milésimo de segundo. Usando dados de um radiotelescópio na Austrália, o Australian Square Kilometer Array Pathfinder (PERGUNTAR), astrônomos descobriram que a maioria dos FRBs vem de galáxias tão distantes que a luz leva bilhões de anos para chegar até nós. Mas o que produz essas rajadas de ondas de rádio tem intrigado os astrônomos desde uma detecção inicial em 2007.

A melhor pista vem de um objeto em nossa galáxia conhecido como SGR 1935+2154. É um magnetizar, que é uma estrela de nêutrons com campos magnéticos cerca de um trilhão de vezes mais forte que um imã de geladeira. Em 28 de abril de 2020, produziu um explosão violenta de ondas de rádio—semelhante a um FRB, embora menos poderoso.

Os astrônomos previram há muito tempo que duas estrelas de nêutrons - um binário - fundindo-se para produzir um buraco negro também deve produzir uma rajada de ondas de rádio. As duas estrelas de nêutrons serão altamente magnéticas e os buracos negros não podem ter campos magnéticos. A ideia é que o súbito desaparecimento dos campos magnéticos quando as estrelas de nêutrons se fundem e colapsam em um buraco negro produz uma rápida rajada de rádio. Campos magnéticos mutáveis ​​produzem campos elétricos – é assim que a maioria das estações de energia produz eletricidade. E a enorme mudança nos campos magnéticos no momento do colapso poderia produzir os intensos campos eletromagnéticos de um FRB.

A busca pela arma fumegante

Para testar essa ideia, Alexandra Moroianu, estudante de mestrado na University of Western Australia, procurou a fusão de estrelas de nêutrons detectadas pelo Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) nos E.U.A. As ondas gravitacionais que o LIGO procura são ondulações no espaço-tempo, produzidas pelas colisões de dois objetos massivos, como estrelas de nêutrons.

O LIGO encontrou duas fusões binárias de estrelas de nêutrons. Crucialmente, o segundo, conhecido como GW190425, ocorreu quando um novo telescópio caçador de FRB chamado CHIME também estava operacional. No entanto, por ser novo, o CHIME demorou dois anos para liberar seu primeiro lote de dados. Quando o fez, Moroianu identificou rapidamente uma rajada rápida de rádio chamada FRB20190425A que ocorreu apenas duas horas e meia após GW190425.

Por mais emocionante que fosse, havia um problema - apenas um dos dois detectores do LIGO estava funcionando no momento, tornando-o muito incerto de onde exatamente GW190425 veio. Na verdade, havia uma chance de cinco por cento de que isso pudesse ser apenas uma coincidência.

Pior, o Fermi satélite, que poderia ter detectado os raios gama da fusão - a "arma fumegante" confirmando a origem do GW190425 - foi bloqueado pela Terra no momento.

É improvável que seja uma coincidência

No entanto, a pista crítica era que os FRBs rastreiam a quantidade total de gás pelo qual passaram. Sabemos disso porque as ondas de rádio de alta frequência viajam mais rapidamente através do gás do que as ondas de baixa frequência, de modo que a diferença de tempo entre elas nos diz a quantidade de gás.

Porque nós sabemos o densidade média do gás do universo, podemos relacionar esse conteúdo de gás à distância, que é conhecida como relação Macquart. E a distância percorrida pelo FRB 20190425A foi quase perfeita para a distância até GW190425. Bingo!

Então, descobrimos a origem de todos os FRBs? Não. Não há estrelas de nêutrons em fusão suficientes no universo para explicar o número de FRBs – algumas ainda devem vir de magnetares, como SGR 1935+2154.

E mesmo com as evidências, ainda há uma chance de 1 em 200 de que tudo isso seja uma grande coincidência. No entanto, o LIGO e dois outros detectores de ondas gravitacionais, Virgem e KAGRA, Vontade ligar novamente em maio deste ano, e ser mais sensível do que nunca, enquanto CHIME e outros radiotelescópios estão prontos para detectar imediatamente quaisquer FRBs de fusões de estrelas de nêutrons.

Em alguns meses, poderemos descobrir se fizemos uma descoberta importante - ou se foi apenas um flash na panela.

Clancy W. James gostaria de agradecer a Alexandra Moroianu, principal autora do estudo; seus co-autores, Linqing Wen, Fiona Panther, Manoj Kovalem (Universidade da Austrália Ocidental), Bing Zhang e Shunke Ai (Universidade de Nevada); e seu falecido mentor, Jean-Pierre Macquart, que verificou experimentalmente a relação gás-distância, que agora leva seu nome.

Este artigo foi republicado a partir de A Conversação sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.

Crédito de imagem: CSIRO/Alex Cherney

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