Las ráfagas rápidas de radio (FRB) se han convertido en un foco principal de investigación en la última década. En radioastronomía, este fenómeno se refiere a pulsos de radio transitorios que provienen de fuentes cosmológicas distantes, que generalmente duran solo unos pocos milisegundos en promedio. Desde que se detectó el primer evento en 2007 (la "Explosión de Lorimer"), se han observado treinta y cuatro FRB, pero los científicos aún no están seguros de qué los causa.
Con teorías que van desde la explosión de estrellas y agujeros negros hasta púlsares y magnetares, e incluso mensajes provenientes de inteligencias extraterrestres (ETI), los astrónomos se han determinado a aprender más sobre estas señales extrañas. Y gracias a un nuevo estudio realizado por un equipo de investigadores australianos, que utilizaron el Pathfinder de matriz de kilómetros cuadrados de Australia (ASKAP), el número de fuentes conocidas de FRB casi se ha duplicado.
El estudio que detalla su investigación, que apareció recientemente en la revista. Naturaleza, fue dirigido por el Dr. Ryan Shannon, investigador de la Universidad Tecnológica de Swinburne y el Centro de Excelencia OzGrav ARC, e incluyó miembros del Centro Internacional de Investigación de Radioastronomía (ICRAR), la Instalación Nacional del Telescopio de Australia (ATNF), el ARC Centro de Excelencia para Astrofísica All-Sky (CAASTRO), y múltiples universidades.
Como afirman en su estudio, los intentos de comprender los FRB en su conjunto se han visto obstaculizados por una serie de factores. Por un lado, se realizaron búsquedas previas con telescopios que varían en términos de sensibilidad, en un rango de frecuencias de radio diferentes y en entornos con diferentes niveles de interferencia de radiofrecuencia, que son el resultado de la actividad humana.
En segundo lugar, las búsquedas anteriores se han complicado por la naturaleza transitoria de las fuentes y la baja resolución angular de los instrumentos de detección, lo que ha generado incertidumbre en lo que respecta a las fuentes de FRB y su brillo. Para abordar esto, el equipo realizó una encuesta de radio de campo amplio bien controlada para una serie de explosiones que se descubrieron en 2016 y se remontan a una galaxia enana ubicada a 3.700 millones de años luz de distancia.
El equipo realizó esta encuesta utilizando la matriz ASKAP, el telescopio de radio encuesta más rápido del mundo ubicado en el oeste de Australia. Diseñado y diseñado por la Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth (CSIRO), la matriz ASKAP está compuesta por 36 antenas de "plato" que se extienden a través de un tramo de terreno que mide 6 km (3.7 millas) de diámetro.
Utilizando esta matriz, que es el precursor del futuro telescopio de matriz de kilómetros cuadrados (SKA), el equipo de investigación encuestó las explosiones provenientes de esta fuente cosmológica distante. Además de encontrar más FRB en un solo año que cualquier encuesta anterior, también observaron que las señales provenían de fuentes mucho más lejanas de lo que se pensaba. Como explicó el Dr. Shannon en un comunicado de prensa de ICRAR:
“Hemos encontrado 20 ráfagas de radio rápidas en un año, casi duplicando el número detectado en todo el mundo desde que se descubrieron en 2007. Usando la nueva tecnología del Australia Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP), también hemos demostrado que las ráfagas de radio rápidas vienen del otro lado del Universo en lugar de nuestro propio vecindario galáctico ".
Las observaciones de seguimiento realizadas entre 8 y 46 días después de las detecciones iniciales encontraron que ninguna de las explosiones se repetía. Las 20 explosiones que detectaron también incluyeron las fuentes más cercanas jamás observadas, sin mencionar las más brillantes. Sus hallazgos también demostraron que existe una relación entre la dispersión de la explosión y el brillo, así como la intensidad y la distancia.
La razón de esto tiene que ver con el hecho de que las explosiones más distantes viajan durante miles de millones de años luz antes de llegar a la Tierra. En el curso de su viaje, pasan a través del material ubicado entre la fuente y la Tierra (como las nubes de gas), lo que tiene un efecto sobre ellos. Como explicó el Dr. Jean-Pierre Macquart, del nodo ICRAR de la Universidad de Curtin y coautor del artículo:
“Cada vez que esto sucede, las diferentes longitudes de onda que forman una explosión se reducen en diferentes cantidades. Finalmente, el estallido llega a la Tierra con su extensión de longitudes de onda que llegan al telescopio en momentos ligeramente diferentes, como los nadadores en una línea de meta. El momento de la llegada de las diferentes longitudes de onda nos dice cuánto material ha atravesado la explosión en su viaje. Y como hemos demostrado que las ráfagas rápidas de radio provienen de muy lejos, podemos usarlas para detectar toda la materia faltante ubicada en el espacio entre las galaxias, lo cual es un descubrimiento realmente emocionante ".
Gracias a este último grupo de descubrimientos, los científicos ahora entienden que los FRB que se han detectado hasta ahora se originaron en el otro lado del cosmos, en lugar de dentro de nuestra galaxia. Sin embargo, todavía no estamos más cerca de determinar qué las causa o de qué galaxias provienen. Pero con una muestra de investigación que ahora consta de 48 detecciones, es probable que los investigadores aprendan mucho más en los próximos años.
Para el Dr. Shannon y su equipo de investigación, el próximo desafío será determinar la ubicación de las explosiones en el cielo. "Podremos localizar las explosiones en más de una milésima de grado", dijo. "Eso es aproximadamente del ancho de un cabello humano visto a diez metros de distancia, y lo suficientemente bueno como para atar cada explosión a una galaxia en particular".
Y mientras tanto, también se espera que el estudio de los FRB conduzca a algunos avances importantes en astronomía. Ya, un equipo de investigadores de CSIRO utilizó el Observatorio Parkes en Australia para detectar un FRB en 2016, que luego fue observado por múltiples observatorios de todo el mundo. Como resultado, el equipo pudo identificar la fuente (una galaxia elíptica a 6 mil millones de años luz de distancia) y determinar el desplazamiento al rojo de la señal.
Esta hazaña sin precedentes permitió al equipo de investigación medir la densidad de la materia que interviene entre esta galaxia y la Tierra, lo que confirmó que nuestros modelos actuales para medir la densidad de la materia en el Universo son correctos. En otras palabras, el equipo pudo encontrar la "materia faltante" del Universo utilizando FRB como una vara de medir. O como lo expresó el Dr. Jean-Pierre Macquart, profesor titular de la Universidad de Curtin y uno de los científicos responsables del descubrimiento:
“[Los FRB] son, en efecto, laboratorios de física que investigan los extremos de materia y energía a los que no podemos acceder en los laboratorios terrestres. Y es precisamente este tipo de física lo que impulsará los futuros avances tecnológicos en las generaciones venideras ".
Investigaciones recientes también han determinado que los FRB son un evento cosmológico muy común, que ocurre aproximadamente una vez por segundo en nuestro Universo. Con poderosas herramientas de observación que se pondrán en línea pronto, como la matriz de kilómetros cuadrados (SKA), la matriz grande de milímetros latinoamericanos (LLAMA) y el radiotelescopio Qitai 110m, los científicos seguramente observarán muchas más RBA en el futuro cercano.
Con cada nueva detección, aprendemos más sobre las causas de estos extraños destellos y cómo podrían usarse para desbloquear los misterios de nuestro Universo. Mientras tanto, asegúrese de revisar esta entrevista con el Dr. Shannon y el equipo de descubrimiento, cortesía del CSIRO:
