Por primera vez, los astrónomos han detectado una ráfaga de radio rápida (FRB) en las afueras de una galaxia elíptica antigua y moribunda, un hogar sin precedentes previamente asociado con galaxias mucho más jóvenes.

El descubrimiento, detallado en dos estudios complementarios dirigidos por la Universidad Northwestern y la Universidad McGill, echa por tierra la suposición de que los FRB sólo se originan en regiones de formación estelar activa. En cambio, nueva evidencia observacional indica que los orígenes de este misterioso fenómeno cósmico pueden ser más diversos de lo que se pensaba anteriormente.

Ambos estudios se publicarán el martes (21 de enero). Cartas de revistas astrofísicas.

“La teoría predominante es que los FRB provienen de imanes formados durante el colapso del núcleo de supernovas”, dijo Tararaneh Iftekhari de Northwestern, quien dirigió un estudio y fue coautor del otro. “Ese no parece ser el caso aquí. A medida que las estrellas jóvenes y masivas terminan sus vidas como supernovas de colapso del núcleo, no vemos evidencia de estrellas jóvenes en esta galaxia. Gracias a este nuevo descubrimiento, está surgiendo una imagen que muestra que Todos los FRB son estrellas jóvenes. Quizás haya una subpoblación de FRB asociada con sistemas más antiguos que no provienen de ellos.

“Este nuevo FRB nos muestra que justo cuando crees que entiendes un fenómeno astrofísico, el universo gira y nos sorprende”, dijo Wen-Fi Fong de Northwestern, autor principal de ambos estudios. “Esta ‘conversación’ con el universo es lo que hace que nuestro campo de la astronomía en el dominio del tiempo sea tan increíblemente emocionante”.

Iftekhari es becario Einstein de la NASA en el Centro Northwestern para la Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica (CIERA). Fong es profesor asociado de física y astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y miembro de CIERA.

Una primicia para los telescopios estabilizadores CHIME

Los astrónomos detectaron por primera vez el nuevo FRB, llamado FRB 20240209A, en febrero de 2024 con el Experimento Canadiense de Mapeo de Intensidad del Hidrógeno (CHIME). Los FRB, que parpadean y desaparecen en milisegundos, son ráfagas de radio breves y potentes que producen más energía en una ráfaga rápida que la que emite nuestro Sol en todo un año.

Pero este incidente estalló varias veces. Entre las ráfagas iniciales entre febrero y julio de 2024, la misma fuente produjo 21 pulsos más, seis de los cuales fueron detectados por un telescopio ubicado a 60 kilómetros de la estación principal de CHIME. Los estabilizadores, una versión más pequeña de CHIME, permiten a los astrónomos limitar con precisión los FRB a ubicaciones específicas del cielo.

La galaxia anfitriona de FRB más grande hasta la fecha

Después de que el equipo identificó la ubicación del FRB, Iftekhari y sus colegas se apresuraron a utilizar los telescopios de los observatorios WM Keck y Gemini para explorar el entorno alrededor del evento. En una sala especial en el campus de Evanston, los astrónomos de Northwestern tienen acceso remoto a KK, lo que les permite observar rápidamente eventos de gran interés.

En lugar de encontrar una galaxia joven, estas observaciones revelaron sorprendentemente que la FRB se originó en el borde de una galaxia vecina de 11.300 millones de años, situada a sólo 2.000 millones de años luz de la Tierra.

Para aprender más sobre esta inusual galaxia anfitriona, el equipo utilizó computadoras de alto rendimiento para ejecutar simulaciones. Descubrieron que la galaxia es extremadamente brillante e increíblemente masiva: 100 mil millones de veces la masa de nuestro Sol.

“Esta parece ser la galaxia anfitriona de FRB más grande hasta el momento”, dijo Iftekhari. “Es una de las galaxias más masivas que existen”.

hogar lejos

Pero, aunque la mayoría de las FRB se originan dentro de sus galaxias, el equipo encontró FRB 20240209A en las afueras de su hogar, a 130.000 años luz del centro de la galaxia, donde existen pocas otras estrellas.

“Entre la población de FRB, esta FRB es la más alejada del centro de su galaxia anfitriona”, dijo Biswangi Shah, un estudiante graduado de McGill que dirigió el esfuerzo para identificar la fuente de la FRB. “Esto es a la vez sorprendente y emocionante, porque se espera que los FRB se originen dentro de galaxias, a menudo en regiones de formación estelar. La ubicación de este FRB tan lejos de su galaxia anfitriona plantea la cuestión de cómo tales eventos energéticos pueden ocurrir en regiones donde no hay ninguno. nuevo. Se están preparando.”

FRB ‘hermanados’

Antes de este descubrimiento, los astrónomos sólo habían encontrado otro FRB en el borde exterior de una galaxia. En 2022, un equipo internacional de astrónomos detectó una FRB que emanaba de un cúmulo de estrellas en el borde de Messier 81 (M81), una gran galaxia espiral a unos 12 millones de años luz de la Tierra. Aunque FRB 20240209A ocurrió en una galaxia elíptica, los dos eventos tienen otras similitudes.

“Hace unos años, el FRB M81 fue descubierto sorprendentemente dentro de un denso cúmulo de estrellas llamado cúmulo globular”, dijo Fong. “Este único evento detuvo el hilo de pensamiento convencional y nos obligó a explorar otros escenarios precursores de los FRB. Desde entonces, no se han visto FRB, lo que nos lleva a creer que fue un descubrimiento único, hasta ahora”.

“De hecho, este CHIME FRB puede ser un gemelo del evento M81. Está lejos de su galaxia natal (muy lejos de donde nacen las estrellas), y la población estelar en su galaxia natal es extremadamente antigua. Tuvo su en su apogeo y ahora se está retirando. En el futuro, este tipo de entorno antiguo nos está obligando a repensar nuestros modelos de progenitores FRB estándar, lo cual es emocionante”.

De los casi 100 FRB que hasta ahora se han rastreado hasta una galaxia, lo más probable es que se originen a partir de magnetares, formados a través de supernovas de colapso del núcleo. Los astrofísicos creen que el origen de FRB 20240209A puede ser similar al FRB encontrado en M81.

Posibles explicaciones

La investigación, dirigida por McGill, analiza la posibilidad de que nuevos FRB se originen dentro de un denso cúmulo globular. Estos cúmulos son sitios prometedores para magnetares que probablemente se formaron a través de otros procesos y están asociados con estrellas viejas, incluso a través de la fusión de dos estrellas de neutrones o del colapso de una enana blanca bajo su propia gravedad.

“El origen de un cúmulo globular para esta FRB repetida es el escenario más probable para explicar por qué esta FRB está ubicada fuera de su galaxia anfitriona”, dijo Shah. “Realmente no sabemos si hay un cúmulo globular en la ubicación del FRB y hemos presentado una propuesta para utilizar el telescopio espacial James Webb para observaciones de seguimiento de la ubicación del FRB. En caso afirmativo, solo produciría este FRB. El segundo FRB está en un cúmulo globular que se sabe que reside; de ​​lo contrario, debemos considerar escenarios externos alternativos para el origen de los FRB.

“Está claro que todavía quedan muchos descubrimientos interesantes por hacer en el campo de los FRB”, dijo Iftekhari, “y sus entornos pueden contener la clave para desbloquear sus secretos”.

Estudios “Una fuente de ráfaga de radio rápida y repetida” y “Galaxia anfitriona elíptica grande y silenciosa de la ráfaga de radio rápida y repetida FRB 20240209A” respaldados por la Fundación Gordon y Betty Moore, la NASA, el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, la Fundación Nacional de Ciencias, David y Lucille Packard Fundación, Alfred P. Sloan, la Corporación de Investigación para el Avance de la Ciencia, el Instituto Canadiense de Investigación Avanzada, el Consejo Canadiense de Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá, la Fundación Canadiense para la Innovación y el Instituto Espacial Trottier de McGill.

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