Descubiertos por primera vez en 2007, los ráfagas rápidas de radio son enigmáticos destellos de radio de milisegundos de duración procedente del universo lejano. Su origen sigue siendo incierto, especialmente porque la mayoría se observan una vez y nunca más. Astrónomos que utilizan el Telescopio Espacial James Webb de la NASA han localizado la galaxia anfitriona del estallido rápido de radio (FRB) más lejano visto hasta la fecha. Su hallazgo tiene implicaciones sobre qué tipo de evento energético genera estos estallidos.
"Lo que hace interesantes las ráfagas rápidas de radio es que no sabemos qué las genera. Tenemos teorías sobre qué objetos las producen, pero no tenemos pruebas concluyentes", dijo Manisha Caleb, de la Universidad de Sídney, autora principal del estudio publicado el jueves en la revista Science.
El equipo de MeerTRAP utilizó el telescopio MeerKAT para detectar la explosión el 4 de marzo de 2024, lo que llevó a su designación como FRB 20240304B. Los datos de radio de esta ráfaga sugerían que estaba extremadamente lejana, posiblemente la más lejana vista hasta la fecha. Sin embargo, para confirmar esa distancia, los astrónomos tendrían que estudiar la galaxia anfitriona. Aunque conocían la ubicación del FRB con mucha precisión, los telescopios terrestres más grandes del mundo no podían detectar ninguna galaxia en ese punto del cielo. Como resultado, el equipo recurrió al telescopio Webb.
El instrumento NIRCam (Cámara de Infrarrojo Cercano) de Webb detectó una galaxia en la ubicación correcta, y su instrumento NIRSpec (Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano) proporcionó una medición precisa del corrimiento al rojo de la galaxia: 2,148, correspondiente a un tiempo apenas 3.000 millones de años después del Big Bang. La gran mayoría de los FRB detectados hasta la fecha ocurrieron miles de millones de años después en la historia cósmica.
El equipo descubrió que la galaxia anfitriona de FRB 20240304B no era típica de otras galaxias con FRB. La mayoría de las galaxias FRB son masivas que forman estrellas, pero la galaxia que encontraron era 1.000 veces menos masiva de lo que esperaban.
"Pensábamos que sería una galaxia grande, bien formada y con muchas estrellas, y en cambio era una pequeña galaxia enana, aunque estaba formando estrellas activamente", dijo Caleb.
"El huésped destaca en toda la muestra de galaxia que tenemos. Y definitivamente no era lo que esperábamos", dijo Ben Stappers, de la Universidad de Manchester, Reino Unido, coautor del artículo. "Esta combinación de usar el proyecto MeerTRAP en el telescopio MeerKAT para descubrir y localizar estos estallidos distantes y Webb para estudiar sus huéspedes es muy emocionante."
La galaxia existía en el apogeo del "mediodía cósmico", un periodo en la historia del universo en el que la formación estelar estaba en su punto máximo. La tasa de formación estelar de la galaxia sugería que la mayoría de sus estrellas podrían haberse formado en solo 30 millones de años.
Esto tiene importantes implicaciones para el origen de ráfagas rápidas de radio. Una teoría sugiere que los FRB podrían originarse a partir de la fusión de dos estrellas de neutrones. Sin embargo, se espera que el proceso de que las estrellas de neutrones en órbita se acerquen gradualmente hasta que colisionan dure miles de millones de años. Como resultado, se esperaría que los FRB estuvieran asociados con galaxias más antiguas que contienen poblaciones estelares más evolucionadas.
Una segunda teoría propone que un FRB puede originarse a partir de una sola estrella de neutrones joven y altamente magnética conocida como magnetar mediante un mecanismo como los terremotos estelares. En ese caso, una vez que una estrella masiva explota como supernova y deja atrás un magnetar, un FRB podría ocurrir relativamente rápido y sin un gran retraso temporal. Como resultado, también se esperaría que los FRB se encuentren en galaxias más jóvenes como el huésped del FRB 20240304B.
"Nuestro trabajo sugiere que es muy poco probable que este FRB haya sido producido por una fusión", dijo Caleb.
"Nuestros resultados demuestran además la increíble capacidad de Webb, que nos permite superar límites más allá de lo que antes era posible", dijo la coautora Themiya Nanayakkara, de la Universidad de Sídney, Australia.
Además de ser poseedor de récords, el nuevo FRB permitió al equipo aprender más sobre los miles de millones de años luz de espacio aparentemente vacío entre la explosión y la Tierra.
"Una ráfaga rápida de radio es casi como una linterna cósmica. Ilumina todo a lo largo del camino. Lleva una huella de todo por lo que viaja, para que puedas usarla para trazar la 'red cósmica' – la materia y las estructuras que de otro modo invisibles encuentran en el camino", dijo el coautor J. Xavier Prochaska, de la Universidad de California, Santa Cruz.
El equipo encontró la huella de dos estructuras cósmicas en la señal del FRB: un cúmulo de galaxias previamente desconocido con un corrimiento al rojo de 0,3 (a unos 3,5 mil millones de años luz de la Tierra), y el cercano cúmulo de Virgo, que se encuentra a unos 54 millones de años luz de la Tierra.
En el futuro, el equipo está entusiasmado con la posibilidad de descubrir FRBs más distantes. Estiman que el telescopio MeerKAT podría ser capaz de detectar y localizar varios FRB al año con un corrimiento al rojo superior a 1,0, lo que significa que existían más de la mitad del camino hasta el inicio del universo. A medida que otras nuevas instalaciones e instrumentos de radiotelescopios entren en funcionamiento, ese ritmo de descubrimiento podría aumentar. El telescopio Webb será esencial para caracterizar esas galaxias anfitrionas distantes.
El Telescopio Espacial James Webb es el observatorio de ciencias espaciales más importante del mundo. Webb está resolviendo misterios en nuestro sistema solar, mirando más allá hacia mundos distantes alrededor de otras estrellas y explorando las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional liderado por la NASA junto con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la CSA (Agencia Espacial Canadiense).
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Fuente: NASA · Comunicado original
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