Ao conectar dois dos maiores radiotelescópios do mundo, os astrônomos descobriram que um simples vento binário não pode causar a periodicidade intrigante de uma rajada rápida de rádio, as FRBs. As explosões podem vir de uma estrela de nêutrons isolada e altamente magnetizada. As detecções de rádio também mostram que rajadas rápidas de rádio, alguns dos eventos mais enérgicos do universo, estão livres de material envolvente. Essa transparência aumenta ainda mais sua importância para a cosmologia. Os resultados aparecem na Nature esta semana.
O uso de “cores de rádio” levou a essa grande descoberta. Mas o que seria essas cores de rádio? Vamos tentar entender. Na luz óptica , as cores são como o olho distingue cada comprimento de onda. Nosso arco-íris vai da luz ótica azul de comprimento de onda mais curto à luz ótica vermelha de comprimento de onda mais longo. Mas a radiação eletromagnética que o olho humano não pode ver, porque o comprimento de onda é muito longo ou curto, é igualmente real. Os astrônomos chamam isso de “luz ultravioleta” ou “luz de rádio”. A luz de rádio estende o arco-íris além da borda vermelha que vemos. O próprio rádio-arco-íris também vai do rádio “mais azul”, de comprimento de onda curto, para o rádio de comprimento de onda longo “mais vermelho”. Os comprimentos de onda do rádio são um milhão de vezes mais longos do que os comprimentos de onda do azul e vermelho óticos, mas fundamentalmente são apenas “cores”: as chamadas cores do rádio.
Uma equipe de astrônomos resolveu então estudar uma rajada rápida de rádio, ou um FRB em dois comprimentos de onda de rádio – um mais azul, outro muito mais vermelho – ao mesmo tempo. As rajadas rápidas de rádio, ou como são conhecidas as Fast Radio Bursts, ou FRBs, são alguns dos flashes mais brilhantes no céu de rádio, mas eles emitem fora de nossa visão humana. Essas rajadas duram apenas cerca de 1/1000 de segundo. A energia necessária para formar rajadas de rádio rápidas deve ser excessivamente alta. Ainda assim, sua natureza exata é desconhecida. Algumas rajadas rápidas de rádio se repetem e, no caso da FRB 20180916B, essa repetição é periódica. Essa periodicidade levou a uma série de modelos em que rajadas rápidas de rádio vêm de um par de estrelas orbitando uma à outra. A órbita binária e o vento estelar em seguida, cria a periodicidade. “Esperava-se que ventos estelares fortes do companheiro da fonte da rajada rápida de rádio deixassem a maior parte da luz de rádio azul de comprimento de onda curta escapar do sistema. Mas a onda de rádio de comprimento de onda longo mais vermelho deveria ser bloqueado mais, ou mesmo completamente,” diz Inés Pastor- Marazuela (University of Amsterdam e ASTRON), a primeira autora da publicação.
Para testar este modelo, a equipe de astrônomos combinou o LOFAR e os renovados telescópios Westerbork. Eles poderiam, assim, estudar simultaneamente a FRB 20180916B em duas cores de rádio. Westerbork observou o comprimento de onda mais azul de 21 centímetros, LOFAR observou o comprimento de onda muito mais vermelho, de 3 metros. Ambos os telescópios gravaram filmes de rádio com milhares de quadros por segundo. Um supercomputador usando um poderoso algoritmo de aprendizado de máquina muito rápido detectou as rajadas. “Depois de analisarmos os dados e compararmos as duas cores do rádio, ficamos muito surpresos”, disse um dos autores do trabalho. “Os modelos de vento binário existentes previam que as rajadas deveriam brilhar apenas em azul, ou pelo menos durar muito mais lá. Mas vimos dois dias de rajadas de rádio mais azuis, seguidos por três dias de rajadas de rádio mais vermelhas. Excluímos os modelos originais agora – algo mais deve estar acontecendo. ”
As rápidas detecções de rajadas de rádio foram as primeiras com oLOFAR. Nenhuma tinha sido vista em comprimentos de onda maiores que 1 metro até então. O Dr. Yogesh Maan, da ASTRON, viu pela primeira vez as explosões no LOFAR: “Foi emocionante descobrir que as rajadas rápidas de rádio brilham em comprimentos de onda tão longos. Depois de passar por imensas quantidades de dados, tive dificuldade em acreditar no início, embora a detecção foi convincente. Logo, ainda mais rajadas vieram.” Esta descoberta é importante porque significa que a emissão de rádio mais vermelha e de comprimento de onda longo pode escapar do ambiente em torno da fonte da FRB. “O fato de que algumas rajadas rápidas de rádio vivem em ambientes limpos, relativamente não obscurecidos por qualquer névoa densa de elétrons na galáxia hospedeira, é muito empolgante”, disse o co-autor Dr. Liam Connor (U. Amsterdam / ASTRON). ”
O telescópio LOFAR e o sistema Apertif em Westerbork são formidáveis por si só, mas os avanços só foram possíveis porque a equipe conectou diretamente os dois, como se fossem um. “Nós construímos um sistema de aprendizado de máquina em tempo real no Westerbork que alertava o LOFAR sempre que uma explosão acontecia”, diz o investigador principal Dr. Joeri van Leeuwen (ASTRON / U. Amsterdam), “Mas nenhuma explosão no LOFAR simultânea foi vista. Primeiro, nós pensamos que uma névoa em torno das rajadas rápidas de rádio estava bloqueando todas as rajadas mais vermelhas, mas, surpreendentemente, depois que as rajadas mais azuis pararam, apareceram mais rajadas vermelhas. Foi quando percebemos que modelos binários simples de vento foram descartados. As rajadas rápidas de rádio estão vazias e podem ser geradas por magnetares.”
Essas magnetares são estrelas de nêutrons , de densidade muito maior do que o chumbo, que também são altamente magnéticas. Seus campos magnéticos são muitas vezes mais fortes do que o ímã mais forte em qualquer laboratório da Terra. “Uma magnetar isolada, girando lentamente explica melhor o comportamento que descobrimos”, diz Marazuela. “É muito parecido com ser um detetive – nossas observações reduziram consideravelmente quais modelos de rajada rápida de rádio podem funcionar.”
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