Un destello de señal revela el compañero oculto detrás de los ráfagas de radio rápidas

Astrónomos de un equipo de investigación internacional, que incluyó a científicos del Departamento de Física de la Universidad de Hong Kong (HKU), encontraron la evidencia más clara hasta ahora de que algunas ráfagas de radio rápidas (FRBs) se originan en sistemas estelares binarios. Estas ráfagas son potentes destellos de ondas de radio que duran solo milisegundos y provienen de galaxias distantes. Hasta ahora, se pensaba que estas señales provenían de estrellas aisladas.

Los nuevos hallazgos demostraron que al menos algunas fuentes de FRB forman parte de pares estelares, donde dos estrellas orbitan entre sí. Este descubrimiento transforma las suposiciones de larga data sobre el origen de estas señales misteriosas y su producción.

El equipo logró este avance utilizando el Telescopio Esférico de Apertura de Quinientos Metros (FAST) en Guizhou, conocido como el "Ojo del Cielo de China". Durante la observación de un FRB recurrente a aproximadamente 2.5 mil millones de años luz de la Tierra, los investigadores detectaron una señal única que apuntaba a la presencia de una estrella compañera cercana. Los resultados, publicados en la revista Science, se basaron en casi 20 meses de monitoreo detallado.

Un destello raro apunta a una estrella compañera

Las ondas de radio transportan pistas sobre el espacio que atraviesan, incluyendo cambios en su polarización. Al estudiar estos cambios, los astrónomos pueden aprender sobre el entorno que rodea a la fuente de un FRB. Durante sus observaciones, el equipo detectó un evento inusual conocido como "destello de RM". Esto implica un cambio repentino y dramático en las propiedades de polarización de la señal de radio.

Los investigadores creen que este destello fue causado por una eyección de masa coronal (CME) de una estrella compañera. Tal erupción liberaría una nube de plasma denso y magnetizado, alterando temporalmente el espacio alrededor de la fuente del FRB a medida que pasaba por la línea de visión.

"Este hallazgo proporciona una pista definitiva sobre el origen de al menos algunos FRBs recurrentes", afirmó el profesor Bing ZHANG, profesor titular de Astrofísica del Departamento de Física y director fundador del Instituto de Astronomía y Astrofísica de Hong Kong en HKU, y autor correspondiente del artículo. "La evidencia apoya fuertemente un sistema binario que contiene un magnetar, una estrella de neutrones con un campo magnético extremadamente fuerte, y una estrella similar a nuestro Sol".

La importancia de las ráfagas de radio rápidas recurrentes

Las ráfagas de radio rápidas liberan enormes cantidades de energía en un tiempo muy corto, aunque solo duren milisegundos. La mayoría de los FRBs se detectan solo una vez, lo que dificulta su estudio. Sin embargo, un grupo más pequeño de ellos se repite, ofreciendo a los astrónomos oportunidades raras para rastrear cambios a lo largo del tiempo y descubrir patrones.

Desde 2020, FAST ha estado monitoreando de cerca los FRBs recurrentes a través de un programa de ciencia clave co-dirigido por el profesor Bing Zhang. Una de estas fuentes, conocida como FRB 220529A, se convirtió en el centro del nuevo descubrimiento.

"FRB 220529A fue monitoreado durante meses y al principio parecía poco notable", comentó el profesor Zhang. "Sin embargo, después de una observación prolongada de 17 meses, ocurrió algo verdaderamente emocionante".

Rastreando un cambio repentino en la señal

Se sabe que los FRBs tienen casi un 100% de polarización lineal. A medida que las ondas de radio atraviesan plasma magnetizado, el ángulo de su polarización cambia dependiendo de la frecuencia, un proceso llamado rotación de Faraday. Este efecto se mide utilizando un valor conocido como medida de rotación (RM).

"A finales de 2023, detectamos un aumento abrupto de la RM de más de cien veces", explicó el Dr. Ye LI del Observatorio de Montaña Púrpura y de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, primer autor del artículo.

"La RM luego disminuyó rápidamente durante dos semanas, volviendo a su nivel anterior. Llamamos a esto un 'destello de RM'". Este breve pero extremo cambio es consistente con una nube densa de plasma magnetizado cruzando el camino entre el FRB y la Tierra.

"Una explicación natural es que una estrella compañera cercana expulsó este plasma", explicó el profesor Zhang. "Tal modelo funciona bien para interpretar las observaciones", agregó el profesor Yuanpei YANG, profesor de la Universidad de Yunnan y co-primer autor del artículo. "El grupo de plasma requerido es consistente con las CMEs lanzadas por el Sol y otras estrellas en la Vía Láctea".

Aunque la estrella compañera en sí no se puede ver directamente a tal distancia, su presencia se volvió clara a través de observaciones continuas de radio utilizando FAST y el telescopio Parkes de Australia.

Un panorama más amplio de las ráfagas de radio rápidas

"Este descubrimiento fue posible gracias a las observaciones perseverantes utilizando los mejores telescopios del mundo y el incansable trabajo de nuestro dedicado equipo de investigación", afirmó el profesor Xuefeng WU del Observatorio de Montaña Púrpura y de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, autor correspondiente principal.

Los hallazgos también apoyan un marco teórico más amplio propuesto por el profesor Zhang y su colaborador. En este modelo, todos los FRBs son producidos por magnetars, mientras que las interacciones dentro de sistemas binarios ayudan a crear condiciones que permiten que algunas de estas fuentes emitan ráfagas recurrentes con más frecuencia. Un monitoreo a largo plazo continuo podría ayudar a los científicos a determinar cuán comunes son los sistemas binarios entre las fuentes de FRB.

Colaboración y apoyo

La investigación involucró a científicos de HKU, el Observatorio de Montaña Púrpura, la Universidad de Yunnan, los Observatorios Astronómicos Nacionales de la Academia de Ciencias de China y otras instituciones. El profesor Xuefeng Wu (Observatorio de Montaña Púrpura), los profesores Peng Jiang y Weiwei Zhu (Observatorios Astronómicos Nacionales) y el profesor Zhang del Departamento de Física de HKU sirvieron como co-autores correspondientes.

El financiamiento provino de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China junto con subvenciones nacionales e internacionales adicionales. El tiempo de observación fue proporcionado por el Proyecto de Ciencia Clave de FRB de FAST (W.-W. Zhu y B. Zhang como Co-PIs), un programa DDT de FAST (coordinado por X.-F. Wu y P. Jiang) y proyectos separados de FAST y Parkes (PIs: Y. Li y S. B. Zhang).