Detectamos a rajada rápida de rádio extragalática mais próxima, mas é de um lugar inesperado

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M81 a partir das lentes do Telescópio Espacial Spitzer. Créditos: NASA / JPL-Caltech.

Por Michelle Starr
Publicado na ScienceAlert

Uma rajada rápida de rádio (FRB, na sigla em inglês) recém-descoberta, chamada FRB 20200120E, está aprofundando o mistério desses sinais espaciais já profundamente intrigantes.

Os astrônomos rastrearam sua localização até uma galáxia a 11,7 milhões de anos-luz de distância, o que a torna a rajada rápida de rádio mais próxima conhecida, 40 vezes mais perto do que o anterior sinal extragaláctico mais próximo. Mas também aparece em um aglomerado globular – um aglomerado de estrelas muito antigas, não é o tipo de lugar que se poderia esperar encontrar o tipo de estrela cuspindo FRBs.

Sua descoberta sugere um mecanismo de formação diferente para essas estrelas, sugerindo que as FRBs poderiam emergir de uma gama maior de ambientes do que pensávamos.

As FRBs têm sido uma pedra do sapato de cientistas desde que a primeira foi descoberta em 2007. Elas consistem em sinais extremamente poderosos do espaço profundo a milhões de anos-luz de distância, alguns descarregando mais energia do que 500 milhões de sóis e detectadas apenas em comprimentos de onda de rádio.

No entanto, essas rajadas são chocantemente breves, mais rápidas do que um piscar de olhos – meros milissegundos de duração – e a maioria delas não se repete, tornando-as muito difíceis de prever, rastrear e, portanto, entender.

Ao analisar a estrutura detalhada desses sinais de rádio, os astrônomos têm se concentrado no tipo de objeto que eles pensaram que poderia causá-los, provavelmente objetos compactos, como estrelas de nêutrons, a teoria principal. Então, no ano passado, ocorreu um grande avanço. Uma FRB foi finalmente detectada de dentro da Via Lácteaemitida por um magnetar.

Os magnetares – dos quais apenas 24 foram confirmados até agora – são um tipo raro de estrela de nêutrons, o núcleo colapsado de uma estrela morta que começou entre 8 e 30 vezes a massa do sol. As estrelas de nêutrons são pequenas e densas, com cerca de 20 quilômetros de diâmetro e massa máxima de cerca de dois sóis.

Os magnetares, como o nome sugere, acrescentam algo mais à mistura: um campo magnético absolutamente insano – cerca de um quatrilhão de vezes mais poderoso do que o campo magnético da Terra e mil vezes mais poderoso do que o de uma estrela de nêutrons normal.

Isso nos traz de volta a FRB 20200120E. É uma minoria entre as FRBs, que se repete, mas fora isso se encaixa perfeitamente no perfil. Por se repetir, porém, os astrônomos foram mais facilmente capazes de identificar a localização no céu de onde se originou. Ao analisar outras propriedades do sinal, eles foram capazes de determinar que ele percorreu uma distância relativamente curta.

Isso os levou, no início deste ano, a uma galáxia espiral bastante definida chamada M81, embora com um certo grau de incerteza. Mais especificamente, os pesquisadores acreditaram ter rastreado o FRB 20200120E até um aglomerado globular.

Em uma nova pré-publicação que atualmente aguarda revisão por pares, uma equipe de astrônomos confirmou a localização.

Mas veja por que isso é um problema. Os aglomerados globulares são grupos compactos de estrelas que tendem a ser muito antigas e de vida longa, bem como de baixa massa, nada maior que a massa do Sol. Pensa-se que todas as suas estrelas se formaram a partir da mesma nuvem de gás ao mesmo tempo; assim como uma pequena cidade, essas estrelas então vivem juntas suas existências silenciosas.

As estrelas de nêutrons, como mencionamos anteriormente, tendem a se formar a partir de estrelas de massa mais elevada, que também tendem a ter uma duração de vida muito mais curta na sequência principal (queima de hidrogênio) – as do tipo OB. Portanto, como regra geral, você não esperaria encontrar estrelas de nêutrons ou magnetares em um aglomerado globular.

“Aqui nós provamos conclusivamente que a FRB 20200120E está associada a um aglomerado globular no sistema galáctico M81, confirmando assim que está 40 vezes mais próxima do que qualquer outra FRB extragalática conhecida”, escreveram os pesquisadores.

“Como esses aglomerados globulares hospedam antigas populações estelares, essa associação desafia os modelos de FRB que invocam magnetares formados no colapso de núcleos estelares em supernovas como fonte de emissão de FRB”.

Não tenha medo, entretanto – porque há um precedente interessante.

De vez em quando, descobre-se que um aglomerado globular hospeda um tipo de estrela de nêutrons em rotação rápida, conhecida como pulsar de milissegundos. Como os aglomerados globulares são densamente povoados, as estrelas podem interagir e até mesmo colidir umas com as outras, produzindo objetos como sistemas binários de raios-X de baixa massa e pulsares.

De acordo com a equipe de pesquisa, isso introduz outros mecanismos interessantes para a formação de magnetares além do colapso de núcleos em supernovas de uma estrela massiva. Uma anã branca de baixa massa interagindo com material de acreção de outra estrela poderia ganhar massa suficiente para colapsar em uma estrela de nêutrons; ou duas anãs brancas poderiam se fundir, para o mesmo fim.

Também é possível que a fonte da FRB não seja um magnetar, mas um sistema binário de raios X de baixa massa, como uma anã branca e uma estrela de nêutrons, ou uma estrela de nêutrons e um exoplaneta. Também pode ser um buraco negro acumulando massa. A evidência para essas explicações está faltando – não há atividade de raios X ou raios gama que normalmente acompanharia esses sistemas – mas elas ainda não podem ser descartadas.

Seja qual for a resposta, no entanto, parece que a FRB 20200120E apareceu para causar. Ou vai nos ensinar algo novo sobre as interações estelares em aglomerados globulares, ou vai nos dar um novo meio de formação de FRBs.

Uma vez que é uma FRB repetitiva, tão perto de nós, representa uma rara oportunidade de sondar esses sinais misteriosos em detalhes.

O estudo está disponível no servidor de pré-publicação arXiv.