Misteriosa rajada de rádio vinda do espaço está invulgarmente perto

Uma rajada rápida de rádio, um dos fenómenos mais desconcertantes observados pelos astrónomos, foi detetada numa população próxima de estrelas antigas.

Publicado 1/06/2021, 12:42
Galáxia M81

A M81 é uma das galáxias mais brilhantes do céu noturno, e um aglomerado de estrelas perto desta galáxia, localizado a 11.7 milhões de anos-luz da Terra, lançou recentemente uma surpreendente rajada de ondas de rádio – que os astrónomos têm dificuldade em explicar.

Fotografia de ASA, ESA E THE HUBBLE HERITAGE TEAM (STSCI/AURA)

Rajadas brilhantes e fugazes de ondas de rádio vindas dos arredores de uma galáxia vizinha estão a adensar um dos maiores mistérios da astronomia. As rajadas repetidas de energia parecem vir de um antigo grupo de estrelas chamado aglomerado globular, que está entre os últimos lugares onde os astrónomos esperavam encontrar rajadas de rádio.

Com origem frequente a milhares de milhões de anos-luz de distância, as rajadas extremamente brilhantes e breves de ondas de rádio, conhecidas por rajadas rápidas de rádio, ou FRB (na sigla em inglês), desafiam qualquer explicação desde que foram detetadas pela primeira vez em 2007. Com base nas observações feitas até agora, os cientistas presumiam que estas rajadas eram alimentadas por objetos cósmicos jovens e de vida curta chamados magnetar.

Mas uma rajada rápida de rádio descoberta no ano passado foi rastreada até um aglomerado globular a cerca de 11.7 milhões de anos-luz de distância, perto da galáxia espiral M81, de acordo com um artigo que descreve a descoberta e que foi publicado no servidor científico de pré-impressão arXiv. Encontrar esta rajada entre um aglomerado de estrelas envelhecidas é como encontrar um telemóvel embutido em Stonehenge – é uma observação que não faz sentido.

“Definitivamente, este não é um lugar onde se espera que existam rajadas rápidas de rádio”, disse no Twitter Bryan Gaensler, astrónomo da Universidade de Toronto e coautor do novo artigo. “O que está a acontecer?”

Os cientistas estão a ter dificuldades em explicar este anacronismo cósmico. E também estão a chegar à conclusão de que, como acontece com muitos outros fenómenos celestes, talvez existam várias formas dar origem a uma rajada rápida de rádio.

“As FRB podem ser – podem ser – apenas um fenómeno genérico associado a toda uma gama de fontes possíveis”, diz Shami Chatterjee, astrónomo da Universidade Cornell, que estuda rajadas de rádio, mas que não faz parte da equipa desta descoberta.

“O que está acontecer?”

Os cientistas descobriram pela primeira vez esta rajada, denominada FRB 20200120E, em janeiro de 2020 com o telescópio CHIME, que provou ser uma máquina implacável de localização de FRB. Quando o CHIME entrou em funcionamento em 2017, os cientistas só conheciam cerca de 30 rajadas rápidas de rádio; mas este telescópio já aumentou esse total para mais de mil.

Tal como acontece com pelo menos duas dezenas de rajadas de que há conhecimento, a FRB 20200120E é repetida – um motor espacial que gera várias rajadas detetáveis de ondas de rádio, em vez de explodir uma vez e desaparecer. As suas rajadas não são tão brilhantes quanto as que originam a milhares de milhões de anos-luz de distância, no cosmos longínquo. Contudo, durante o ano passado, estas rajadas permitiram aos cientistas identificar a sua localização no céu.

A partir daí, a equipa tentou identificar a fonte. As medições das rajadas sugeriam que a FRB 20200120E estava bastante próxima, pelo que os astrónomos sabiam que estavam à procura de algo mais perto, talvez até dentro do halo gasoso e escassamente povoado da Via Láctea. Os cientistas usaram depois uma rede de radiotelescópios chamada Rede Europeia de Interferometria de Linha de Base Muito Longa para identificar a localização exata da rajada.

“Provámos conclusivamente que a FRB 20200120E está associada a um aglomerado globular no sistema galáctico de M81, confirmando assim que está 40 vezes mais próxima do que qualquer outra FRB extragaláctica conhecida”, escrevem os autores no novo artigo.  

“A interpretação disto é onde as coisas ficam muito, muito interessantes”, diz Shami Chatterjee. “É muito difícil encaixar as rajadas nos modelos existentes.”

Os aglomerados globulares são alguns dos objetos mais antigos no universo observável. Os aglomerados têm milhares de milhões de anos e são pelo menos tão antigos quanto as galáxias que orbitam, e podem ser muito mais velhos. Até agora, os cientistas suspeitavam que as rajadas rápidas de rádio eram produzidas por alguns dos objetos compactos mais jovens alguma vez observados – magnetares ou corpos estelares extremamente magnéticos produzidos quando jovens estrelas massivas explodem e morrem. Uma vez formado, um corpo estelar ultra-magnético permanece durante dezenas de milhares de anos antes do seu campo magnético se degradar, transformando-se numa estrela de neutrões mais comum.

Mas, tanto quanto os astrónomos sabem, estes aglomerados globulares cintilantes e densamente compactos não contêm os tipos de estrelas tempestuosas que colapsam em magnetares.

“Este tipo de formação de estrelas está a acontecer por todo o universo, inclusive na nossa própria galáxia, mas não em aglomerados globulares”, diz Claire Ye, da Universidade Northwestern, que estuda aglomerados globulares. “É do género, uau, o que está a acontecer aqui?”

Estrelas extremamente magnéticas e ultradensas

Foram necessários quase 15 anos para se começar a desvendar o mistério das rajadas rápidas de rádio. As teorias iniciais incluíam a evaporação de buracos negros, estrelas mortas cintilantes, colisão de objetos densos e, claro, até mesmo tecnologias alienígenas (alerta spoiler: não são alienígenas). Outros indícios, desde estruturas de escala microscópica dentro das rajadas de rádio até à sua duração e intensidade em milissegundos, sugeriam que podiam ser produzidas por objetos compactos extremamente densos.

Assim, os cientistas viraram as suas atenções para objetos como buracos negros e estrelas de neutrões, os restos que permanecem quando estrelas massivas explodem em supernovas. As observações posteriores sugeriam que algumas rajadas nasciam em regiões que têm campos magnéticos extremos, sugerindo também que estes sinais misteriosos podem vir de magnetares.

No ano passado, um magnetar na Via Láctea produziu uma rajada de rádio semelhante a uma FRB. A rajada foi um pouco mais fraca do que as rajadas extremamente poderosas vindas do universo distante, mas os cientistas estavam convencidos de que estavam no caminho certo.

“O paradigma de que as FRB vêm de magnetares ganhou muita tração desde que observámos uma rajada semelhante a uma FRB num magnetar galáctico”, diz Brian Metzger, da Universidade de Colúmbia e do Instituto Flatiron. “Tivemos uma situação em que tanto teóricos como observadores ficaram satisfeitos com os magnetares.”

Mas esta situação não durou muito tempo. Com a descoberta da FRB 20200120E, os astrónomos precisam agora de descobrir como é que os magnetares podem surgir e sobreviver em aglomerados globulares, ou precisam de perceber como é que uma população de estrelas extremamente antigas e silenciosas consegue gerar rajadas tão poderosas. Nenhum destes enigmas é fácil de decifrar.

Explicações plausíveis

Os astrónomos não acham que os aglomerados globulares podem conter magnetares, mas podem conter outros tipos de cadáveres estelares em abundância. As anãs brancas, que se formam quando estrelas semelhantes ao Sol e se transformam em gigantes vermelhas e morrem, e as estrelas de neutrões, formadas por supernovas maiores, podem ser criadas no início de vida destes antigos aglomerados.

Talvez os magnetares possam surgir quando duas estrelas de neutrões colidem e se fundem, ou quando duas anãs brancas colidem e se fundem, ou quando uma anã branca e uma estrela companheira em órbita rouba tanta massa que colapsa numa estrela de neutrões recém-nascida. Porém, até agora, ninguém observou um magnetar formado dessa forma.

Claire Ye, da Universidade Northwestern, diz que precisamos de olhar para outras formas possíveis de formação de magnetares nestes aglomerados e explorar como é que outras estrelas conseguiriam alimentar rajadas rápidas de rádio. Para além disso, Claire também diz que é crucial reunir mais informações sobre este aglomerado em específico para perceber o que mais pode estar a criar estas rajadas épicas.

“Os aglomerados globulares são diferentes uns dos outros. Alguns são mais densos, outros são menos densos e, em diferentes aglomerados, encontramos resultados diferentes”, diz Claire.

Brian Metzger diz que pode haver algo a gerar estas rajadas semelhantes a rajadas rápidas de rádio na ausência de magnetares. Duas estrelas de neutrões a girar em torno uma da outra podem gerar explosões que se assemelham a rajadas rápidas de rádio, assim como os discos turbulentos de material a girar em torno de buracos negros que ocasionalmente produzem jatos e chamas. “Estou um pouco mais inclinado para pensar que há algo diferente de um magnetar a acontecer aqui”, diz Brian.

Shami Chatterjee concorda, acrescentando que “talvez alguma fração das FRB não esteja associada a magnetares, mas sim a algum tipo de fenómeno de jato de buraco negro.”

Talvez as rajadas rápidas de rádio se formem através de várias formas – como as rajadas de raios gama, que confundiram os astrónomos durante décadas depois de terem sido inicialmente descobertas por um satélite militar na década de 1960. Agora, sabemos que as poderosas supernovas e estrelas de neutrões em colisão podem produzir estes clarões extremamente energéticos de raios gama.

“A natureza encontrou duas formas de fazer isso”, diz Brian. “Acho que podemos estar a observar algo semelhante com as FRB.”
 

Este artigo foi publicado originalmente em inglês no site nationalgeographic.com

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