Las potentes ráfagas de radio podría originarse en las galaxias masivas
Astrónomos descubren dónde es más probable que se produzcan estas ráfagas rápidas de radio (FRB) en el universo: las galaxias masivas de formación estelar. Este hallazgo, a su vez, ha conducido a nuevas pistas sobre cómo se forman los magnétares.
Por Enrique Coperías
Este fotomontaje muestra las antenas del Deep Synoptic Array-110, que se utilizan para descubrir y precisar las ubicaciones de las ráfagas rápidas de radio (FRB). Encima de las antenas hay imágenes de algunas de las galaxias anfitrionas FRB tal como aparecen en el cielo. Crédito: Annie Mejía / Caltech
Desde su descubrimiento en 2007, las ráfagas rápidas de radio -—un fenómeno astrofísico que se manifiesta por emisiones de radio de corta duración, que pueden durar desde milisegundos hasta unos pocos segundos— han iluminado el cielo en repetidas ocasiones, lo que ha llevando a que los astrónomos se interesen por sus orígenes.
En la actualidad, se cuentan por centenares las ráfagas rápidas de radio —FRB, por sus siglas en inglés— confirmadas, y los científicos han reunido cada vez más pruebas de lo que las desencadena: estrellas de neutrones altamente magnetizadas conocidas como magnétares. Estos son el resultado de la muerte de estrellas masivas y se caracterizan por su alta densidad y rotación rápida, y posee un campo magnético extremadamente fuerte, más de mil millones de veces más intenso que el de una estrella de neutrones típica.
Una prueba clave de dicha asociación fue la erupción de un magnétar en nuestra galaxia, captada en tiempo real por varios observatorios, entre ellos el proyecto STARE2 (Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2) del Instituto de Tecnología de California o Caltech, en Estados Unidos.
Campos magnéticos cien billones de veces más fuertes que el de la Tierra
Ahora, los investigadores del Caltech han descubierto, según publican en la revista Nature, dónde es más probable que se produzcan las FRB en el universo: en las galaxias masivas de formación estelar y no en las de baja masa. Este hallazgo, a su vez, ha conducido a nuevas pistas sobre cómo se forman los magnétares.
En concreto, el trabajo sugiere que estas exóticas estrellas muertas, cuyos campos magnéticos son 100 billones de veces más fuertes que el de la Tierra, suelen formarse cuando dos estrellas se fusionan y posteriormente estallan en una supernova. Hasta ahora no estaba claro si los magnétares se formaban de esta manera, a partir de la explosión de dos estrellas fusionadas, o si podían formarse cuando explotaba una sola estrella.
“La inmensa potencia de los magnétares los convierte en unos de los objetos más fascinantes y extremos del universo. Se sabe muy poco sobre las causas de la formación de magnétares tras la muerte de estrellas masivas. Nuestro trabajo ayuda a responder a esta pregunta.”
El proyecto comenzó con la búsqueda de los FRB mediante el Deep Synoptic Array-110 (DSA-110), un proyecto del Caltech financiado por la National Science Foundation y con sede en el Owens Valley Radio Observatory, cerca de Bishop (California).
Hasta la fecha, el extenso conjunto de antenas de radio ha detectado y localizado ráfagas rápidas de radio en su galaxia de origen específica; solo otras veintitrés FRB han sido registradas por otros telescopios. En el estudio actual, los investigadores analizaron treinta de estas FRB certificadas.
«El DSA-110 ha duplicado con creces el número de FRB con galaxias anfitrionas conocidas —afirma Ravi—. Para esto construimos el conjunto».
Las FRB ocurren en galaxias donde nacen las estrellas
Aunque se sabe que las FRB ocurren en galaxias que están formando estrellas activamente, el equipo, para su sorpresa, descubrió que las ráfagas rápidas de radio tienden a ocurrir con más frecuencia en galaxias masivas de formación estelar que en galaxias de baja masa con formación de estrellas.
Esto por sí solo era interesante, ya que los astrónomos habían pensado previamente que las FRB estaban explotando en todos los tipos de galaxias activas.
Con esta nueva información, el equipo comenzó a reflexionar sobre lo que los resultados revelaron sobre las ráfagas rápidas de radio. Las galaxias masivas tienden a ser ricas en metales, porque los metales en nuestro universo, elementos que son fabricados por las estrellas, tardan en acumularse a lo largo de la historia cósmica.
Los magnétares son comunes en las galaxias «metálñicas»
El hecho de que las ráfagas rápidas de radio sean más comunes en estas galaxias abundantes en metales implica que la fuente de las FRB, los magnétares, también son más comunes en este tipo de galaxias.
Las estrellas ricas en metales, lo que en términos astronómicos significa elementos más pesados que el hidrógeno y el helio, tienden a crecer más que otras estrellas. «Con el tiempo, a medida que las galaxias crecen, las sucesivas generaciones de estrellas enriquecen las galaxias con metales a medida que evolucionan y mueren», dice Ravi.
Representación artística de un magnétar, un tipo de estrella de neutrones con un fuerte campo magnético, que pierde material en el espacio en una eyección que habría causado que la rotación del objeto se ralentizara. Mostradas como delgadas líneas verdes, las líneas del campo magnético influyen en el movimiento del material cargado alrededor del magnétar. Crédito: NASA/JPL-Caltech
Además, las estrellas masivas que explotan en supernovas y pueden convertirse en magnetares se encuentran más comúnmente en parejas. De hecho, el 84% de las estrellas masivas son binarias. Por lo tanto, cuando una estrella masiva en un sistema binario se hincha debido al contenido adicional de metal, su exceso de material se arrastra hacia su estrella asociada, lo que facilita la fusión final de los dos soles.
Estas estrellas fusionadas tendrían un campo magnético combinado mayor que el de una sola estrella.
«Una estrella con más contenido metálico se hincha, impulsa la transferencia de masa y culmina en una fusión, formando así una estrella aún más masiva con un campo magnético total superior al que habría tenido la estrella individual», explica Sharma.
Los magnétares de todo el universo se originan a partir de los restos de fusiones estelares
En resumen, dado que las ráfagas rápidas de radio se observan preferentemente en galaxias de formación estelar masivas y ricas en metales, es probable que los magnétares (que se cree que desencadenan las FRB) también se estén formando en entornos ricos en metales propicios para la fusión de dos estrellas.
Por tanto, los resultados apuntan a que los magnétares de todo el universo se originan a partir de los restos de fusiones estelares.
En el futuro, el equipo espera localizar más ráfagas rápidas de radio y sus lugares de origen utilizando el DSA-110, y, en su momento, el DSA-2000, un conjunto de radio aún mayor que se construirá en el desierto de Nevada y se completará en 2028.
«Este resultado es un hito para todo el equipo del DSA. Muchos de los autores de este artículo ayudaron a construir el DSA-110 —afirma Ravi. Y añade—: El hecho de que el DSA-110 sea tan bueno localizando los FRB es un buen augurio para el éxito del DSA-2000». ▪️
Información facilitada por el Caltech
Fuente: Sharma, K., Ravi, V., Connor, L. et al. Preferential occurrence of fast radio bursts in massive star-forming galaxies. Nature (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08074-9
