Astrônomos se preparam para uma revolução nas localizações rápidas de rajadas de rádio

Radioastrônomos em todo o mundo estão se preparando para uma transformação em sua capacidade de localizar rajadas rápidas de rádio (FRBs). Antes do final do ano, espera-se que as atualizações de um conjunto de telescópios de caça FRB aumentem a taxa de localização de FRBs para suas galáxias hospedeiras em mais de uma ordem de magnitude – potencialmente revolucionando nossa compreensão do universo.

Descobertos pela primeira vez em 2007, os FRBs são rajadas intensas de ondas de rádio que duram menos de alguns milissegundos. Eles vêm em dois tipos principais: de fontes que se repetem ou não. Mas dos cerca de 1000 FRBs detectados, apenas cerca de 3% demonstraram repetir.

Como duram tão pouco tempo, é impossível agendar observações de acompanhamento, o que torna difícil descobrir de onde vêm os FRBs. Todos os instrumentos precisam estar prontos para capturar a localização de um FRB, sempre que ele chegar. De fato, até recentemente, os astrônomos haviam localizado apenas duas dúzias de FRBs.

Embora a maioria dos FRBs tenham origens extragalácticas, um FRB galáctico foi recentemente detectado no Via Láctea em 2020 de um magnetar – uma estrela de nêutrons com um grande campo magnético. As FRBs acabam, no entanto, sendo úteis para a cosmologia graças a um fator chamado “medida de dispersão” (DM). Medir o DM permite aos astrônomos calcular o número de elétrons livres ao longo da linha de visão do FRB e, assim, determinar diretamente a densidade de elétrons no universo.

“Esses elétrons podem ser difíceis de observar, já que a maioria deles está em um gás muito difuso”, diz Steffen Hagstotz, cosmólogo da Universidade Ludwig Maximilian de Munique. “Nesse sentido, as FRBs são realmente complementares a outras sondas, como lentes fracas, que nos informam principalmente sobre a distribuição da matéria escura. Ao estudar ambos, podemos aprender mais sobre como a matéria comum traça a matéria escura em escalas cosmológicas.”

Existem também várias medições conflitantes da atual taxa de expansão do universo, chamadas de constante de Hubble. Conciliar esta “tensão de Hubble” é considerado um dos as questões mais prementes da cosmologia moderna. Os FRBs oferecem uma rota alternativa para determinar a constante de Hubble, sondando a relação de medida de dispersão para o vermelho. Hagstotz recentemente co-autor de um estudo descobrindo que uma amostra de apenas cerca de 500 FRBs localizados seria suficiente para medir competitivamente a constante de Hubble.

uma ideia genial

A atual escassez de FRBs localizados estimulou equipes de radioastrônomos em todo o mundo a reduzir o desempenho de suas instalações. Vikram Ravi, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, deu início à corrida FRB no Sociedade Astronômica Americana reunião em janeiro, quando anunciou a localização de 30 novos FRBs com o novíssimo Matriz Sinóptica Profunda (DSA) na Califórnia. Durante seu comissionamento em 2022, o DSA detectou mais de uma rajada por semana usando apenas 63 das 110 antenas que o DSA eventualmente terá.

Se o DSA é o novo garoto no quarteirão entre os radiotelescópios, então o Desbravador de matriz de quilômetros quadrados (ASKAP) na Austrália Ocidental já é um rosto familiar. Seu programa Comensal Real-Time ASKAP Fast Transients Survey (CRAFT) começou a localizar FRBs com precisão de subsegundos de arco em 2017, tornando possível para estudar galáxias hospedeiras FRB. O CRAFT pega carona no ASKAP usando um cluster de computação de busca de FRB, que examina simultaneamente seu campo de visão de 30 graus quadrados em busca de transientes de rádio em paralelo com outras observações.

O CRAFT, até agora, operou somando incoerentemente os sinais de seus 36 pratos parabólicos, mas isso está prestes a mudar com uma atualização apelidada de CRACO. A soma incoerente melhora a sensibilidade pela raiz quadrada do número de pratos, enquanto a sensibilidade da soma coerente melhora a sensibilidade linearmente com o número de pratos.

A busca coerente, no entanto, requer 65,000 vezes mais poder de processamento de dados, uma façanha possibilitada por uma atualização de A$ 1 milhão no cluster de computador do instrumento. “O CRACO será 5 vezes mais sensível com o mesmo campo de visão do que o atual sistema de detecção de FRB que usamos no ASKAP”, diz Keith Bannister, principal engenheiro de pesquisa da Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation da Austrália, que opera o ASKAP.

Aprovação para construção de matriz de quilômetros quadrados de € 2 bilhões

O CRACO trabalha fazendo um filme do céu e procurando por um FRB neste filme. “O tamanho da imagem é de 2.5 milhões de pixels – semelhante ao vídeo full HD”, acrescenta Bannister. “1000 vezes por segundo, tentamos 1000 testes DM diferentes, totalizando 1 milhão de imagens por segundo – cerca de 25 trilhões de pixels por segundo.”

O CRACO está atualmente passando por um período de comissionamento de três meses, com a expectativa de que, uma vez que o cluster completo esteja instalado até o final do ano, a taxa de detecção do ASKAP aumentará entre 10 e 20 vezes, encontrando vários FRBs por semana.

Enquanto o ASKAP empurra a fronteira de sensibilidade para detectar mais FRBs, o Experimento canadense de mapeamento de intensidade de hidrogênio (CHIME) na Colúmbia Britânica já se dá ao luxo de detectar vários FRBs por dia, graças ao seu impressionante campo de visão de 200 graus quadrados. No entanto, a baixa resolução do CHIME significa que ele pode localizar FRBs de forma confiável apenas de galáxias próximas. Os engenheiros do CHIME optaram por melhorar o desempenho na fronteira de resolução construindo os chamados “estabilizadores” – versões idênticas, mas reduzidas, do telescópio CHIME.

“A atualização dos estabilizadores do projeto CHIME/FRB consiste em três mini-CHIMEs”, diz Ziggy Pleunis da Universidade de Toronto. Esses estabilizadores, baseados na Colúmbia Britânica, Virgínia Ocidental e Califórnia, estão espalhados de 100 a 3300 km do CHIME, fornecendo ao CHIME uma resolução de cerca de 50 miliarcossegundos, permitindo que ele localize FRBs dentro de suas galáxias hospedeiras.

O trabalho nos estabilizadores está avançando rapidamente, de acordo com Pleunis: “Dois já foram construídos e instrumentados, e o terreno agora está sendo nivelado para o terceiro local”. O estabilizador na Colúmbia Britânica já está em fase de comissionamento e até coleta de dados e Pleunis acrescenta que o objetivo é ter todos os três telescópios funcionando este ano, após o que a colaboração CHIME/FRB otimizará seus instrumentos praticando em fontes repetidas conhecidas antes de passar para detectando novos. “Então, esperamos começar rapidamente a localizar FRBs”, acrescenta ele.

• Conteúdo com tecnologia de SEO e distribuição de relações públicas. Seja amplificado hoje.
• Platoblockchain. Inteligência Metaverso Web3. Conhecimento Ampliado. Acesse aqui.
• Cunhando o Futuro com Adryenn Ashley. Acesse aqui.
• Fonte: https://physicsworld.com/a/astronomers-braced-for-a-revolution-in-fast-radio-burst-localizations/