Misteriosos sinais rápidos de rádio, ou breves flashes brilhantes de ondas de rádio vindos do espaço, têm intrigado astrônomos desde a primeira detecção do fenômeno, em 2007. Esses sinais enigmáticos, conhecidos como FRBs (Fast Radio Bursts), liberam em menos de um piscar de olhos a mesma quantidade de energia que o Sol emite em um dia.
Pesquisadores ainda estão tentando desvendar o que são esses pulsos celestiais, bem como como e onde eles ocorrem. Telescópios especializados permitiram que os astrônomos rastreassem rajadas de rádio dentro da Via Láctea e até a 8 bilhões de anos-luz de distância.
Agora, quatro novos estudos estão trazendo respostas sobre a origem dos sinais rápidos de rádio, o que pode ajudar a esclarecer suas causas. No entanto, as localizações de duas dessas rajadas recentemente descritas são extremamente diferentes.
Uma delas parece ter vindo de um ambiente caótico e magneticamente ativo próximo a um tipo denso de estrela de nêutrons chamado magnetar. Enquanto isso, outra rajada, que foi observada pulsando ao longo de vários meses, veio da periferia de uma galáxia distante e “morta”, pobre em estrelas.
Os pesquisadores utilizaram uma máquina de caça a sinais rápidos de rádio chamada Chime (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment), um radiotelescópio que, desde 2020, permitiu a detecção de milhares de FRBs.
As origens distintas dos sinais sugerem que os pulsos podem ter naturezas variadas e se originar de diferentes formas.
“Este é um passo mais próximo de desvendar um profundo mistério cósmico”, afirmou Ryan Mckinven, autor dos quatro estudos, em comunicado. “Os FRBs são onipresentes, mas sua verdadeira natureza ainda é amplamente desconhecida. Cada descoberta sobre suas origens abre uma nova janela para a dinâmica do universo.”
À medida que os cientistas identificam mais detalhes sobre as variadas origens dos sinais rápidos de rádio, eles se aproximam de compreender o que realmente os produz.
Uma origem “cintilante”
O rápido e característico brilho do sinal de rádio FRB 20221022A chamou a atenção de uma equipe internacional de pesquisadores em 2022, quando o Chime o detectou pela primeira vez. O radiotelescópio, composto por quatro grandes receptores em formato de meio-tubo, está localizado perto de Penticton, na Colúmbia Britânica, Canadá.
A rajada durou apenas 2,5 milissegundos e teve o mesmo brilho de outros sinais rápidos de rádio, mas destacou-se porque a luz emitida era altamente polarizada. Isso significa que as ondas de rádio se moviam predominantemente em uma trajetória específica, nesse caso, lembrando uma curva suave em forma de “S”.
O padrão de emissão das ondas de rádio sugeriu que o local de origem da rajada estava em rotação, o que levou os pesquisadores a associá-lo a magnetares — estrelas de nêutrons altamente magnetizadas e rotativas que liberam ondas de rádio. Cientistas há muito tempo teorizam que estrelas de nêutrons, remanescentes ultradensos de estrelas massivas que explodiram, poderiam ser a fonte dos sinais rápidos de rádio.
Ao rastrear as ondas de rádio, a equipe descobriu que a rajada se originou em uma galáxia a cerca de 200 milhões de anos-luz de distância. Os resultados do estudo foram publicados no dia 1 de janeiro na revista Nature.
Os astrônomos, porém, foram além, determinando a localização exata do sinal de rádio dentro da galáxia. As descobertas, publicadas na mesma edição da Nature, oferecem mais evidências de que uma estrela de nêutrons foi responsável pela criação do sinal rápido de rádio.
Na tentativa de explicar como os FRBs (sinais rápidos de rádio) se formam, cientistas trabalham com duas teorias concorrentes.
“Os modelos populares de origem em estrelas de nêutrons podem ser divididos em dois grupos: um em que o sinal se forma dentro do ambiente magnético do corpo celestial e outro em que ocorre muito mais longe, impulsionado por um choque lançado pela estrela”, explicou Ryan Mckinven, autor principal do estudo que rastreou o FRB 20221022A até uma galáxia e coautor de um estudo complementar. Mckinven é pesquisador de doutorado no departamento de física da Universidade McGill, em Montreal.
Para determinar qual cenário se aplicava ao FRB 20221022A, a equipe procurou por cintilação, um efeito de “brilho” criado quando a luz de um objeto pequeno e brilhante, como uma estrela, atravessa o meio interestelar de uma galáxia, composto por gás.
Quanto menor ou mais distante o objeto, mais ele parece “piscar”, explicou a doutora Kenzie Nimmo, autora principal do estudo complementar e pesquisadora do Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT).
“Descobrimos que este FRB apresenta ‘cintilação’, semelhante à forma como as estrelas parecem piscar no céu noturno”, disse Nimmo. “Observar essa cintilação indica que a região onde o FRB se originou deve ser incrivelmente pequena.”
O padrão da luz emitida pelo FRB 20221022A sugeriu que sua origem estava próxima à fonte, em vez de vir de uma região maior e mais distante, como uma onda de choque.
A equipe de Nimmo rastreou a explosão responsável pelo sinal até a magnetosfera, uma área magneticamente ativa localizada a cerca de 10 mil quilômetros de uma estrela de nêutrons em rotação. Essa distância é menor do que o espaço entre Nova York e Singapura, destacaram os pesquisadores.
Focar em uma região tão pequena ao redor de uma estrela a 200 milhões de anos-luz de distância é “como conseguir medir a largura de uma hélice de DNA, de cerca de 2 nanômetros, na superfície da Lua”, disse Kiyoshi Masui, professor associado de física no MIT e coautor dos dois estudos publicados na revista Nature.
“O FRB deve ter vindo do ambiente intensamente magnético ao redor de uma estrela de nêutrons, um dos ambientes mais extremos do universo”, afirmou Nimmo.
Esta descoberta marca a primeira vez que astrônomos determinaram que esses sinais podem ser gerados na vizinhança imediata de uma estrela de nêutrons — um objeto celestial que possui o campo magnético mais forte conhecido. No entanto, os pesquisadores ainda tentam entender como a rajada se desprendeu do campo magnético da estrela, uma região cheia de plasma denso, ou gás altamente carregado.
“Em torno dessas estrelas de nêutrons altamente magnéticas, também conhecidas como magnetares, os átomos não conseguem existir — eles seriam despedaçados pelos campos magnéticos”, explicou Masui. “O mais empolgante aqui é que descobrimos que a energia armazenada nesses campos magnéticos, perto da fonte, está se torcendo e se reconfigurando de forma que pode ser liberada como ondas de rádio que conseguimos observar a meio caminho do universo.”
No futuro, medir e analisar a cintilação de FRBs pode ser uma ferramenta valiosa para os astrônomos compreenderem melhor esses sinais, disse Nimmo.
Bing Zhang, professor distinto no departamento de física e astronomia da Universidade de Nevada, Las Vegas, que há anos trabalha em pesquisas sobre as possíveis origens dos FRBs, destacou que já havia pistas observacionais sugerindo que as magnetosferas poderiam ser uma causa raiz. Zhang, que não participou dos novos estudos, comentou:
“Os resultados sobre cintilação apresentados por Nimmo e colegas forneceram uma restrição direta à escala da região de emissão … apresentando evidências muito convincentes de que a emissão dos FRBs vem da magnetosfera de um magnetar”, afirmou Zhang por e-mail.
Wen-fai Fong, membro da colaboração Chime que não participou dos dois estudos publicados na revista Nature, destacou que a pesquisa oferece “a evidência observacional mais robusta até o momento demonstrando que a emissão de um FRB se origina próxima à superfície de uma estrela de nêutrons”.
“No entanto, aprendemos que o universo gosta de nos surpreender”, afirmou Fong, professora associada de física e astronomia no Weinberg College of Arts and Sciences da Universidade Northwestern, por e-mail. “Descobrimos uma grande diversidade na população [de FRBs], e pode ser que cada um seja como um floco de neve único.”
Essa multiplicidade foi exatamente o que Fong e seus colegas encontraram ao estudar outro surto de rádio rápido.
Sinais de vida de uma galáxia antiga
Uma equipe de astrônomos da colaboração Chime , incluindo autores dos estudos publicados na Nature, foi surpreendida quando um novo surto de rádio rápido, designado FRB 20240209A, surgiu em fevereiro de 2024 e gerou 21 pulsos adicionais até julho. O fenômeno é o tema de dois estudos complementares publicados na revista The Astrophysical Journal Letters.
Seis desses pulsos foram detectados por um telescópio auxiliar a 66 quilômetros de distância do Chime. Esses telescópios menores ajudam a determinar com precisão o local exato no céu noturno de onde o surto de rádio rápido se origina.
A equipe rastreou o FRB repetitivo até a borda de uma galáxia de 11,3 bilhões de anos, localizada a 2 bilhões de anos-luz da Terra. Em seguida, os pesquisadores usaram telescópios nos observatórios W. M. Keck e Gemini, no Havaí, para descobrir mais detalhes sobre a antiga galáxia morta, onde nenhuma nova estrela está sendo formada.
“Essa parece ser a galáxia hospedeira de FRB mais massiva até agora”, afirmou Tarraneh Eftekhari, autora principal de um dos estudos e bolsista Einstein da Nasa no Centro para Exploração e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica (Ciera) da Universidade Northwestern. “Está entre algumas das galáxias mais massivas que existem.”
No entanto, rastrear o FRB 20240209A até sua origem mostrou que o surto veio das regiões periféricas da galáxia, onde quase não existem estrelas, a cerca de 130 mil anos-luz do centro galáctico.
“Entre a população de FRBs, este é o que está localizado mais distante do centro de sua galáxia hospedeira”, afirmou Vishwangi Shah, autora principal do estudo complementar e doutoranda em física na Universidade McGill, em um comunicado. “Isso é surpreendente e empolgante, já que se espera que os FRBs se originem dentro de galáxias, frequentemente em regiões de formação estelar.
A localização deste FRB tão distante de sua galáxia hospedeira levanta questões sobre como eventos tão energéticos podem ocorrer em regiões onde nenhuma nova estrela está se formando.”
Antes dessa descoberta, os cientistas haviam rastreado apenas um FRB até a periferia de uma galáxia. Em fevereiro de 2022, um surto de rádio rápido foi identificado dentro de um aglomerado globular de estrelas na borda da galáxia Messier 81, localizada a 12 milhões de anos-luz da Terra.
Fong, que também é membro do Ciera, acredita que o FRB 20240209A pode ser um “gêmeo” desse evento, o que leva os astrônomos a repensarem onde e como os FRBs se formam.
Cerca de 100 FRBs já foram rastreados até suas galáxias de origem, e a maioria provavelmente foi causada por magnetars, segundo os autores do estudo. Magnetars normalmente se formam quando estrelas gigantes explodem em uma supernova de “colapso do núcleo” ou quando a gravidade faz uma estrela colapsar sobre si mesma.
No entanto, o FRB 20240209A pode ter se originado em um aglomerado denso de estrelas, onde é possível que magnetars se formem devido à fusão de duas estrelas de nêutrons ou ao colapso de uma anã branca morta, segundo os pesquisadores.
A equipe liderada por Shah submeteu uma proposta para utilizar o Telescópio Espacial James Webb em observações de acompanhamento para investigar se há um aglomerado de estrelas próximo ao local onde esse sinal se originou.
“Essa descoberta nos mostra que talvez nem todos os FRBs se originem de estrelas jovens e que, possivelmente, existam diferentes maneiras de esses sinais serem produzidos”, afirmou Eftekhari. “Talvez haja uma subpopulação desses eventos vinda de sistemas mais antigos.”
Desvendando um dos maiores mistérios do universo
Compreender que os FRBs podem ter origens diversas é apenas o começo para ajudar os astrônomos a desvendar um dos fenômenos mais misteriosos do universo.
“Está claro que ainda há muito espaço para descobertas emocionantes no estudo dos FRBs e que os ambientes em que ocorrem podem ser a chave para desvendar seus segredos”, disse Eftekhari.
Avanços na tecnologia de detecção de FRBs e a adição de telescópios auxiliares permitirão a identificação e o rastreamento de ainda mais pulsos no futuro. Isso poderá revelar padrões e ajudar a determinar se os flashes repetitivos ocorrem em tipos específicos de galáxias, destacou Eftekhari.
A nova pesquisa lança mais luz sobre o que causa os surtos de rádio rápidos e onde eles ocorrem, explicou Zhang. “A questão do ‘como’ é mais desafiadora e exigirá muito mais trabalho dos teóricos para ser resolvida”, concluiu.
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Este conteúdo foi originalmente publicado em Astrônomos rastreiam sinais enigmáticos que têm mais energia que o Sol no site CNN Brasil.
