Maciej Rebisz para
la revista Quanta
En la mañana del 28 de abril, un radiotelescopio de nueva construcción estaba
monitoreando los cielos tranquilos sobre Columbia Británica cuando captó el destello
que lo cambiaría todo.
Una de las tareas del telescopio era
buscar ráfagas rápidas de radio, señales de milisegundos de largo que, hasta
entonces, siempre habían venido de galaxias distantes. Nadie sabía con
certeza qué podría crear explosiones de ondas de radio tan cortas, haciendo
que las ráfagas de radio rápidas sean uno de los acertijos más intrigantes de
la astrofísica.
El experimento canadiense de mapeo de intensidad de
hidrógeno, o CHIME, ya había detectado cientos de ráfagas de radio
rápidas desde que entró en funcionamiento en julio de 2018.
Dos o cinco de las antenas del instrumento podrían
ver un estallido ordinario. Esta explosión desencadenó 93. "Encendió
nuestro telescopio como un árbol de Navidad", dijo Paul Scholz, astrónomo de la Universidad de Toronto y miembro
del equipo CHIME.
Scholz y sus colegas se dieron cuenta rápidamente
de que la explosión debía estar cerca, y no solo porque el destello era tan
brillante.
La bengala parecía originarse en una parte del
cielo donde un objeto en la Vía Láctea había estado disparando rayos X.
La coincidencia fue fuerte y, de confirmarse,
permitiría a los astrónomos descubrir qué causa las ráfagas rápidas de radio.
Sin embargo, hubo un problema. La explosión
estaba lejos de la parte del cielo que CHIME estaba monitoreando directamente
en ese momento. Debido a eso, el equipo no pudo obtener una lectura
precisa de su brillo absoluto. Sin esa información, no pudieron saber de
inmediato si la explosión fue lo suficientemente potente como para calificar
como una verdadera explosión de radio rápida.
Claro, fue breve y brillante, pero era de esperar
su brillo ya que estaba muy cerca. Podría ser un eructo ordinario de baja
energía, que no ofrece pistas sobre las principales erupciones.
Scholz inmediatamente archivó un mensaje con The
Astronomer's Telegram para
alertar a otros telescopios de todo el mundo.
Los astrónomos del Instituto de
Tecnología de California vieron la alerta y realizaron un escaneo rápido de sus
propios datos. A diferencia de CHIME, que observa pequeños trozos del
cielo en cualquier momento dado, el telescopio Survey of Caltech
Astronomical Radio Emission 2 (STARE2) de Caltech observa todo el cielo a
la vez, lo que permitió al equipo de Caltech confirmar rápidamente que la
explosión fue extremadamente poderosa.
Durante una breve fracción de segundo, las ondas de radio emitidas por la fuente fueron
tan brillantes como las del Sol. Eso permitió a los investigadores hacer
un cálculo rápido y afirmar que la explosión fue comparable a las ráfagas de
radio rápidas extragalácticas.
Peter Klages
Luego,
los astrónomos se volvieron hacia la fuente previamente conocida: una ceniza ultradensa, que gira rápidamente y altamente magnetizada de
un núcleo estelar llamado magnetar. Con un solo descubrimiento afortunado, el misterio de dónde provienen las ráfagas rápidas de radio parece haber
sido resuelto. "No es tan frecuente que obtengas una pista tan
sorprendente que parece resolver de repente una gran parte del
rompecabezas", dijo Jason
Hessels, del Instituto Holandés de
Radioastronomía y la Universidad de Amsterdam. "Normalmente estamos
reduciendo el problema en lugar de dar un gran salto adelante".
Con el culpable en la mano, los astrónomos ahora
pueden concentrarse en identificar la física esencial en juego. Durante el
mes pasado, ha aparecido una avalancha de documentos cuando los teóricos han especulado sobre cómo los
magnetares podrían lanzar destellos brillantes de ondas de radio. Es
probable que el magnetar comience el proceso mediante la explosión de
partículas cargadas en una llamarada potente. Pero los astrofísicos están
debatiendo exactamente cómo esa llamarada produce la explosión de ondas de
radio. Es similar a identificar a un mago, dijo Hessels, y luego tratar de
descifrar los secretos detrás de su truco.
Cómo estalla una ráfaga
Los astrónomos han acumulado aproximadamente 50 teorías separadas para explicar ráfagas rápidas de radio, una cifra
que hasta hace poco superaba en número a los eventos. Las ideas incluyen
una variedad de escenarios salvajes que implican la evaporación de agujeros
negros, romper cuerdas cósmicas e incluso los sistemas de propulsión de
civilizaciones alienígenas.
Pero a medida que aumentaba el número de
detecciones, los científicos comenzaron a favorecer una explicación por encima
del resto: los magnetares. "Había solo una serie de sus
propiedades que realmente gritaban que provenían de algún tipo de estrella de
neutrones magnetizada", dijo Brian
Metzger, astrofísico de la Universidad de Columbia. Por
ejemplo, las ondas de una ráfaga de radio rápida están altamente polarizadas,
lo que sugiere que provienen de un campo magnético intenso. Su corta
duración implica que provienen de un objeto astrofísico relativamente
pequeño. Y deben ser alimentados por un depósito sustancial de energía.
Brian
Metzger, astrofísico de la Universidad de
Columbia, describió cómo un magnetar podría producir una rápida explosión de
radio.
Universidad
de Columbia, Departamento de Física
Los escépticos, sin embargo, han argumentado que si
los magnetares fueran la fuente, deberíamos ver ráfagas de radio rápidas dentro
de nuestra propia galaxia. Con esta explosión, tenemos. "De
alguna manera, es un gran alivio", dijo Metzger, quien ha trabajado en
modelos magnetar, "Significa que no he tirado varios años de
trabajo".
La tarea ahora es determinar exactamente cómo un
magnetar crea la breve explosión de ondas de radio. Muchas ideas comienzan
con un magnetar que emite una llamarada de energía, a menudo en forma de pares
de electrones y positrones. Estas llamaradas pueden producir ondas de
radio a través de uno de dos mecanismos amplios: Uno que ocurre dentro de la
magnetosfera (el campo magnético intenso que rodea al magnetar) y otro que
ocurre mucho más allá. En el primer escenario, la llamarada de energía
permanece anclada a la corteza de la estrella a través de líneas de campo
magnético. A medida que la corteza se mueve continuamente, estos campos
magnéticos se retuercen y giran hasta que se vuelven más simples, liberando
inmediatamente un destello láser de ondas de radio.
En el segundo escenario, que Metzger y sus
colegas publicaron el año pasado, la llamarada de energía escapa de la magnetosfera y viaja una gran
distancia, hasta 1 millón de veces el radio de la magnetar. Aquí se
adentra en los escombros más antiguos que rodean el magnetar y genera una onda
de choque. Ese choque se mueve hacia afuera, comprimiendo el plasma
magnetizado por delante y construyendo un campo magnético detrás de
él. Luego, a medida que los electrones son arrastrados por el frente de
choque, comienzan a girar alrededor del campo magnético, una danza que emite
otro destello láser de ondas de radio. Este modelo hace una predicción
crucial. El mismo choque que genera la emisión de radio también debería
calentar los electrones, haciendo que emitan rayos X. De hecho, la
explosión debería liberar 100.000 veces más energía en rayos X que en ondas de
radio.
Lucy
Reading-Ikkanda / Revista Quanta
Pero cuando las únicas ráfagas rápidas de radio
provienen de galaxias distantes, es imposible verificar esta
predicción. ¿La simple razón? Los telescopios de rayos X no son tan
sensibles como los radiotelescopios. Incluso toda esa energía de rayos X
aún sería invisible para nosotros.
No es así cuando la explosión está en nuestro patio
trasero cósmico. Un análisis completo de rayos X de este nuevo estallido descubrió
que liberaba una cantidad colosal de radiación de rayos X, lo que coincide
perfectamente con la predicción de Metzger. "Estoy sorprendido de
lo bien que funciona el modelo", dijo Metzger. "Te da una
pequeña patada y dice: 'Quizás esto valga mi tiempo'".
La atracción
Magnetar
Si bien un solo evento no puede probar que todas
las ráfagas de radio rápidas provienen de magnetares, Vikram Ravi, astrónomo
de Caltech, no ve ninguna razón para invocar otros objetos para explicar la
variedad del posible comportamiento de la explosión. Y dada la cantidad de
evidencia que apuntaba a los magnetares incluso antes de este descubrimiento,
Metzger señala que es plausible suponer que los diferentes tipos de magnetares
pueden explicar los muchos tipos de ráfagas de radio rápidas que
vemos. Por ejemplo, las ráfagas de radio rápidas que se repiten podrían
provenir de magnetares jóvenes y activos cuyos campos magnéticos son mucho más
fuertes que los de nuestra galaxia.
El enlace significa que podemos usar ráfagas de
radio rápidas para identificar magnetares en el universo distante, lo que
permite a los científicos construir un censo de estos objetos extremos y
explicar mejor sus orígenes. En nuestra galaxia, sospechamos que los
magnetares se forman en brillantes explosiones de supernova. Pero si
comenzamos a verlos en galaxias sin estrellas masivas, eso podría apuntar a
formas más exóticas de crear un magnetar, como la colisión de dos estrellas de
neutrones.
Pero primero, los científicos vigilarán a los
magnetares cercanos con la esperanza de ver otra explosión sorprendentemente
cercana. Aunque la conexión magnetar no fue una sorpresa total, les
gustaría verla confirmada por muchos más ejemplos. "Todavía es un
shock en el sentido de 'oh, Dios mío, es realmente cierto'", dijo
Hessels. "Hay una gran diferencia entre algunas ecuaciones en una
hoja de papel y luego confrontar que en realidad es real, que acabamos de
demostrarlo".
Shannon Hall
Escritor contribuyente
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Fuente: QUANTA Magazine –
Shannon Hall Escritor contribuyente
11 de junio de 2020
Traducción libre de Soca
