Ilustración de una galaxia elíptica «muerta» que emite un potente y rápido estallido de ondas de radio(Crédito de la imagen: Robert Lea (creado con Canva))
Los astrónomos se han visto obligados a reevaluar los orígenes de las misteriosas y rápidas explosiones de ondas de radio denominadas «ráfagas de radio rápidas» (FRB, por sus siglas en inglés).
Este replanteamiento se debe a una FRB detectada por primera vez el año pasado, que se ha rastreado hasta el «cementerio cósmico» de una galaxia masiva «muerta» llena de estrellas antiguas situada a 2.000 millones de años luz de la Tierra.
Los
FRB suelen atribuirse a la muerte por supernova de estrellas jóvenes masivas en galaxias más jóvenes que experimentan brotes de formación estelar. Este suceso también desencadena el nacimiento de estrellas de neutrones altamente magnéticas, o «magnetares». Sin embargo, esta galaxia fuente de FRB parece carecer de tales elementos, lo que significa que los sucesos productores de FRB pueden ser más diversos de lo que se pensaba.
«Esta nueva FRB nos demuestra que justo cuando crees que entiendes un fenómeno astrofísico, el universo se da la vuelta y nos sorprende», afirmó Wen-fai Fong, miembro del equipo y científico de la Universidad Northwestern. «Este ‘diálogo’ con el universo es lo que hace que nuestro campo de la astronomía en el dominio del tiempo sea tan increíblemente emocionante».
Una misteriosa señal de radio que se repite
Esta investigación que altera las teorías comenzó en febrero de 2024, cuando el Experimento Canadiense de Mapeo de la Intensidad del Hidrógeno (CHIME) detectó un nuevo FRB, que más tarde fue designado FRB 20240209A.
La mayoría de los FRB estallan una vez, duran apenas milisegundos y emiten más energía de la que irradia el Sol en un año. Sin embargo, el FRB 20240209A estalló repetidamente, y la misma fuente generó 21 pulsos entre febrero y julio de 2024.
Seis de estos pulsos fueron detectados por una versión más pequeña de CHIME, un telescopio «estabilizador» situado a unas 37,3 millas (60 kilómetros) del instrumento principal. Estos telescopios permiten a los astrónomos localizar la fuente de los FRB que detecta CHIME. Así, el equipo pudo realizar este ejercicio de rastreo de FRB 20240209A. Una vez localizada la fuente de FRB 20240209A, el equipo realizó observaciones de seguimiento con los observatorios W.M. Keck y Gemini para aprender todo lo posible sobre su entorno.
Una imagen de la galaxia anfitriona y la ubicación de FRB 20240209A. (Crédito de la imagen: Tarraneh Eftekhari/Northwestern University)Si los científicos esperaban una galaxia joven como la típica fuente de FRB, se llevaron una sorpresa. Su investigación de seguimiento demostró que la FRB 20240209A se originó en el borde de una galaxia de 11.300 millones de años de antigüedad. Esto reveló que el huésped galáctico de esta FRB es extremadamente luminoso y tiene una masa de alrededor de 100.000 millones de veces la masa de nuestro sol.
«Parece ser la galaxia anfitriona de FRB más masiva hasta la fecha», dijo Tarraneh Eftekhari, miembro del equipo y científico del Centro de Exploración Interdisciplinaria e Investigación en Astrofísica (CIERA) de Northwestern. «Se encuentra entre algunas de las galaxias más masivas que existen».
Un FRB en el borde
La fuente de esta FRB dentro de la galaxia también presenta un enigma. Esto se debe a que los FRB suelen originarse bien dentro de sus galaxias. Sin embargo, la FRB 20240209A procede de las afueras de su galaxia, a unos 130.000 años luz del centro galáctico.
«Entre la población de FRB, este FRB es el que se encuentra más alejado del centro de su galaxia anfitriona», afirma Vishwangi Shah, estudiante de posgrado en McGill, que dirigió los esfuerzos para localizar la fuente del FRB 20240209A. Esto es sorprendente y emocionante, ya que se espera que los FRB se originen en el interior de las galaxias, a menudo en regiones de formación estelar». «La localización de este FRB tan lejos de su galaxia anfitriona plantea preguntas sobre cómo pueden ocurrir eventos tan energéticos en regiones donde no se están formando nuevas estrellas».
Antes de esto, sólo se había rastreado una FRB hasta los límites exteriores de una galaxia.
Messier 81, anfitrión del FRB designado FRB 20200120E. (Crédito de la imagen: Adam Block/Mount Lemmon SkyCenter/Universidad de Arizona).
En 2022, FRB 20200120E fue rastreado hasta un denso cúmulo estelar, o cúmulo globular, en las afueras de Messier 81 (M81), una galaxia espiral situada a unos 12 millones de años luz de la Tierra en la constelación de la Osa Mayor.A pesar de surgir de galaxias muy diferentes, FRB 20240209A y FRB 20200120E compartían muchas similitudes.
«Hace unos años, el FRB de M81 se descubrió sorprendentemente dentro de un denso cúmulo de estrellas llamado cúmulo globular», explica Fong. «Desde que se detectó el FRB 20200120E, no se había observado ningún FRB similar. Esto llevó a Fong y a su equipo a creer que FRB 20200120E era un descubrimiento aislado, hasta ahora: «De hecho, este FRB de CHIME podría ser un gemelo de M81. Está lejos de su galaxia de origen, lejos de donde nacen las estrellas, y la población de estrellas de su galaxia de origen es extremadamente antigua. Ha tenido su apogeo y ahora se está jubilando», explica Fong. «Al mismo tiempo, este tipo de entorno antiguo nos está haciendo replantearnos nuestros modelos progenitores estándar de FRB y recurrir a canales de formación más exóticos, lo cual es apasionante».
FRBs sin las supernovas
Hasta ahora, se han relacionado unos 100 FRB con un huésped galáctico, y la mayoría de ellos con un magnetar, una forma altamente magnética de estrella de neutrones.Como todas las estrellas de neutrones, los magnetares se forman cuando las estrellas masivas se quedan sin su combustible para la fusión nuclear. Como todas las estrellas de neutrones, los magnetares se forman cuando las estrellas masivas se quedan sin combustible para la fusión nuclear, lo que significa que se interrumpe el flujo de energía hacia el exterior que las mantiene contra el colapso y la estrella ya no puede sostenerse contra la aplastante fuerza interior de su propia gravedad.
Cuando el núcleo de la estrella se aplasta rápidamente para formar una estrella de neutrones, las capas exteriores y la mayor parte de la masa de la estrella desaparecen en una supernova de colapso del núcleo.
Ilustración muestra un magnetar rodeado de líneas de campo magnético verdes en la cáscara ardiente de restos de supernova de su nacimiento. (Crédito de la imagen: Robert Lea (creado con Canva))
«La teoría predominante es que los FRB proceden de magnetares formados por supernovas de colapso del núcleo», afirma Eftekhari. «No parece ser el caso. Mientras que las estrellas jóvenes y masivas terminan sus vidas como supernovas de colapso del núcleo, no vemos ninguna evidencia de estrellas jóvenes en esta galaxia».
«Gracias a este nuevo descubrimiento, está surgiendo una imagen que muestra que no todos los FRB proceden de estrellas jóvenes. Los investigadores creen que, al igual que la FRB 20200120E, la FRB 20240209A podría proceder de un cúmulo globular. Esto es significativo porque los cúmulos globulares están relacionados con otros potentes fenómenos asociados a estrellas más antiguas, como las colisiones y fusiones de dos estrellas de neutrones o el colapso de una enana blanca bajo su propia gravedad. El origen de este FRB repetitivo en un cúmulo globular es la hipótesis más probable para explicar por qué este FRB se localiza fuera de su galaxia anfitriona», afirma Shah. «No sabemos a ciencia cierta si hay un cúmulo globular presente en la posición de la FRB y hemos presentado una propuesta para utilizar el telescopio espacial James Webb para realizar observaciones de seguimiento de la ubicación de la FRB. En caso afirmativo, esta FRB sería la segunda que se conoce que se encuentra en un cúmulo globular. «Si no, tendríamos que considerar escenarios exóticos alternativos para el origen de la FRB».
«Está claro que aún queda mucho espacio apasionante por descubrir en lo que respecta a los FRB y que sus entornos podrían ser la clave para desvelar sus secretos», concluye Eftekhari.
La investigación del equipo se detalló a finales de enero en dos artículos publicados en The Astrophysical Journal Letters.
