Examinando um tesouro de dados de radiotelescópio em 2007, Duncan Lorimer, um astrofísico da West Virginia University, detectou algo incomum. Os dados obtidos seis anos antes mostraram uma explosão breve e energética, não durando mais do que 5 milissegundos. Outros tinham visto o ponto e olhado além dele, mas Lorimer e sua equipe calcularam que era um fenômeno inteiramente novo: um sinal que emana de algum lugar distante da Via Láctea.

A equipe não tinha ideia do que havia causado isso, mas publicou seus resultados na Science. O sinal misterioso ficou conhecido como “explosão rápida de rádio” ou FRB. Nos 13 anos desde a descoberta de Lorimer, dezenas de FRBs foram descobertos fora da Via Láctea – alguns repetidos e outros efêmeros, sons únicos. Os astrofísicos foram capazes de localizar suas galáxias , mas lutaram para identificar o culpado cósmico, apresentando todos os tipos de teorias, desde a física exótica até civilizações alienígenas .

Na quarta-feira, um trio de estudos na revista Nature descreve a fonte do primeiro FRB descoberto na Via Láctea, revelando o mecanismo por trás de pelo menos algumas das explosões de rádio altamente energéticas.

A explosão recém-descrita, batizada de FRB 200428, foi descoberta e localizada depois de fazer ping em antenas de rádio nos Estados Unidos e Canadá em 28 de abril de 2020. Seguiu-se uma busca apressada, com equipes de pesquisadores ao redor do mundo focadas em estudar o FRB em todo o espectro eletromagnético . Foi rapidamente determinado que o FRB 200428 é o pulso de rádio mais energético já detectado em nossa galáxia.

No conjunto de novos documentos, os astrofísicos descrevem seu trabalho de detetive e observações inovadoras de um punhado de telescópios terrestres e espaciais. Associando observações concordantes, os pesquisadores fixaram FRB 200428 em uma das maravilhas mais incomuns do cosmos: um magnetar, os restos hipermagnéticos de uma estrela supergigante morta.

É a primeira vez que os astrofísicos conseguem identificar um culpado no policial intergaláctico – mas isso é apenas o começo. “Realmente, há muito mais a ser aprendido daqui para frente”, diz Amanda Weltman, astrofísica da Universidade da Cidade do Cabo e autora de um artigo da Nature que acompanha a descoberta.

“Este é apenas o primeiro passo emocionante.”

Sob pressão

Para entender onde começa o FRB 200428, você precisa entender onde termina uma estrela.

Estrelas muitas vezes maiores que o sol são conhecidas por sofrerem uma morte complicada. Depois de exaurirem todo o combustível, a física conspira contra eles; seu imenso tamanho coloca uma pressão insondável em seu núcleo. A gravidade força a estrela a dobrar-se sobre si mesma, causando uma implosão que libera grandes quantidades de energia em um evento conhecido como supernova.

O núcleo amassado da estrela, nascido sob extrema pressão, é deixado para trás. Só que agora é muito pequeno, apenas do tamanho de uma cidade, e cerca de 1 milhão de vezes mais denso que a Terra. Este zumbi estelar é conhecido como estrela de nêutrons.

Algumas estrelas de nêutrons têm campos magnéticos extremos, cerca de 1.000 vezes mais fortes do que estrelas de nêutrons típicas. Eles são uma classe misteriosa e intrigante. Os astrônomos os chamam de “magnetares” e são tão curiosos quanto os FRBs, com apenas cerca de 30 descobertos até agora.

Um desses magnetar na Via Láctea é oficialmente conhecido como SGR 1935 + 2154, que se refere à sua posição no céu. Para tornar as coisas mais fáceis, vamos chamá-lo de Mag-1. Foi descoberto pela primeira vez em 2014 e está localizado a cerca de 30.000 anos-luz da Terra. Em 27 de abril de 2020, o Observatório Neil Gehrels Swift da NASA e o Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray detectaram um pico de raios X e raios gama emanando de Mag-1.

No dia seguinte, dois enormes telescópios norte-americanos – o Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) e o Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2 (STARE2) – detectaram uma explosão de rádio extremamente enérgica vinda da mesma região do espaço: FRB 200428. O FRB e o Mag-1 estavam exatamente na mesma vizinhança galáctica. Ou melhor, eles pareciam estar na mesma casa galáctica.

“Essas observações apontam para os magnetares como a arma fumegante de um FRB”, disse Lorimer, principal autor da descoberta de 2007 da primeira explosão de rádio. Os magnetares foram teorizados como fontes FRB potenciais anteriormente, mas os dados fornecem evidências diretas que ligam os dois fenômenos cósmicos.

No entanto, apenas colocar a explosão com o magnetar não explica tudo.

“Os magnetares ocasionalmente produzem rajadas de emissão de raios X brilhantes”, diz Adam Deller, astrofísico da Universidade Swinburne em Melbourne, Austrália, “mas a maioria dos magnetares nunca foi vista emitindo qualquer emissão de rádio.”

Associar o Mag-1 ao FRB 200428 é apenas o começo de uma investigação de longo prazo.

No whodunit cósmico, os astrônomos encontraram um culpado, mas eles não têm certeza da arma do crime.

Estudando o FRB, os pesquisadores foram capazes de determinar que era altamente energético, mas empalideceu em comparação com alguns FRBs do espaço profundo descobertos anteriormente. “Era quase tão luminoso quanto os FRBs mais fracos que detectamos”, diz Marcus Lower, um Ph.D. em astronomia. na Swinburne University estudando estrelas de nêutrons. Isso sugere que os magnetares podem ser responsáveis ​​por alguns FRBs, mas não todos eles – alguns parecem muito energéticos para serem produzidos da mesma forma que o FRB 200428 foi.

Outro artigo publicado na Nature na quarta-feira mostra pesquisadores usando o rádio-telescópio esférico de abertura de quinhentos metros (FAST) da China para estudar Mag-1 durante uma de suas explosões de raios-X. O telescópio não captou nenhuma emissão de rádio do magnetar durante suas explosões. Isso significa que é improvável que tal explosão, por si só, seja responsável por liberar FRBs altamente energéticos. “É certo que nem toda explosão de raios-X magnetar dispara uma explosão de rádio que a acompanha”, diz Deller.

Deller também observa que o FRB 200428 mostra características semelhantes às observadas em FRBs repetidos de fora da Via Láctea.

Isso é importante porque, atualmente, os astrônomos observaram dois tipos de FRBs em outras galáxias. Existem aqueles que ganham vida e desaparecem, e outros que parecem estar se repetindo em um ritmo regular . FRB 200428 parece um repetidor, mas muito mais fraco. Outras observações do telescópio CHIME em outubro detectaram mais rajadas de rádio do magnetar , embora este trabalho ainda não tenha sido publicado.

Ao todo, ainda há alguma incerteza. “Não podemos dizer com certeza se os magnetares são as fontes de todos os FRBs observados até o momento”, observa Weltman.

Outra pergunta: como o Mag-1 gerou o FRB? Dois mecanismos diferentes foram propostos.

Uma sugestão é que os magnetares produzem ondas de rádio da mesma forma que os raios X e gama em sua magnetosfera, a enorme região de campos magnéticos extremos ao redor da estrela. O outro é um pouco mais complexo. “O magnetar poderia viver em uma nuvem de material que pairava sobre as saídas anteriores”, disse Adelle Goodwin, uma astrofísica da Universidade Curtin que não era afiliada ao estudo. Essa nuvem de material, observa Goodwin, poderia ser atingida por uma explosão de raios X ou raios gama, transferindo energia em ondas de rádio. Essas ondas então viajam através do cosmos e detectam os detectores da Terra como um FRB.

Não está claro qual mecanismo resultou no FRB 200428 – ou se algo mais exótico pode estar acontecendo. Outros pesquisadores sugeriram que os FRBs podem até ser causados ​​por asteróides colidindo com um magnetar, por exemplo. Mas uma coisa agora parece certa: não são civilizações alienígenas tentando entrar em contato conosco. Desculpe.

Ga Ga

Ainda há muito trabalho a ser feito para desvendar o mistério das explosões rápidas de rádio.

Para Deller, a caça continua. Parte de seu trabalho é focado em onde SBRF originam. Ele diz que sua equipe ainda precisa coletar mais dados, mas há uma chance de que FRBs repetidos possam habitar diferentes tipos de galáxias daqueles FRBs que não se repetem. Weltman observa que a busca por outros sinais também se intensificará, com astrônomos procurando por radiação eletromagnética e neutrinos que são gerados a partir de qualquer FRB produzido por magnetar.

A investigação irá, em última análise, mudar a maneira como vemos o universo. Duncan Lorimer observa que se os FRBs podem ser definitivamente ligados a estrelas de nêutrons, isso forneceria uma maneira de fazer um censo dessas entidades cósmicas extremas. Os métodos atuais não conseguem identificar os tipos de estrelas de nêutrons com grande especificidade – mas os FRBs podem mudar isso. E os FRBs já estão mudando a maneira como vemos as coisas. Um estudo publicado na Nature no início deste ano usou FRBs para resolver um problema de décadas sobre a “matéria perdida” do universo.

Lorimer diz que muitas das previsões que sua equipe fez após descobrir o primeiro FRB em 2007 “foram realizadas de alguma forma” e ele sempre esperava que os FRBs pudessem se tornar parte do mainstream. À medida que os mistérios se aprofundam, eles superaram suas expectativas. Eles se tornaram um dos fenômenos mais intrigantes, porém intrigantes da astrofísica.

“Continua a ser uma aventura fascinante”, diz ele.