Desconcierto ante una misteriosa ráfaga rápida de radio que proviene de un lugar inusualmente cercano en el espacio

Las fugaces y brillantes ráfagas de ondas de radio provenientes de las inmediaciones de una galaxia cercana están profundizando uno de los mayores misterios de la astronomía. Las ráfagas de energía repetida parecen provenir de un antiguo grupo de estrellas llamado cúmulo globular, que se encuentra entre los últimos lugares donde los astrónomos esperaban encontrarlas.

Con frecuencia, originado a miles de millones de años luz de distancia, las ráfagas de ondas de radio extremadamente brillantes y breves conocidas como ráfagas rápidas de radio o FRB (por sus siglas en Inglés), han desafiado toda explicación desde que se han visto por primera vez en el año 2007. Con base en las observaciones hasta la fecha, los científicos supusieron que las explosiones eran impulsadas por objetos cósmicos jóvenes y de corta duración llamados magnetares.

Pero una ráfaga de radio rápida descubierta el año pasado ahora se remonta a un cúmulo globular a unos 11,7 millones de años luz de distancia, cerca de la galaxia espiral vecina M81, según un artículo que describe el descubrimiento publicado en el servidor de preimpresión científica arXiv. Encontrar este estallido entre un cúmulo de estrellas envejecidas es como encontrar un teléfono inteligente incrustado en Stonehenge: la observación no tiene sentido. 

"Este definitivamente no es un lugar donde se espera que vivan ráfagas de radio rápidas", dice Bryan Gaensler, astrónomo de la Universidad de Toronto y coautor del nuevo artículo publicado en Twitter . "¿Qué está ocurriendo?"

Los científicos luchan por explicar el anacronismo cósmico. También se están moviendo hacia la conclusión de que tal vez, como ocurre con muchos otros fenómenos celestes, hay múltiples formas de preparar una ráfaga de radio rápida. 

"Las FRB podrían ser simplemente este fenómeno genérico asociado con una amplia gama de posibles fuentes", cuenta el astrónomo de la Universidad de Cornell Shami Chatterjee, que estudia las ráfagas pero no forma parte del equipo de descubrimiento.

"¿Que está sucediendo aquí?"

Los científicos vieron por primera vez la ráfaga, denominada FRB 20200120E, en enero de 2020 utilizando el Telescopio canadiense de experimento de mapeo de la intensidad de Hidrógeno (CHIME, por sus siglas en Inglés), que ha demostrado ser una máquina incansable de búsqueda de FRB. Cuando el CHIME se conectó en el año 2017 , los científicos sabían de menos de 30 ráfagas rápidas de radio. Ahora el telescopio ha aumentado ese total a más de mil. 

Como al menos dos docenas de ráfagas conocidas, la FRB 20200120E es una repetidora: un motor espacial que produce múltiples explosiones detectables de ondas de radio, en lugar de explotar una vez y desaparecer. Sus ráfagas no son tan intensas como las que provienen de miles de millones de años luz de distancia, en el cosmos distante, pero durante el último año, han permitido a los científicos identificar la ubicación de las FRB en el cielo.

A partir de ahí, el equipo podría intentar identificar una fuente. Las mediciones de las explosiones sugirieron que la FRB 20200120E estaba bastante cerca, por lo que los astrónomos sabían que estaban buscando algo local, tal vez incluso dentro del halo gaseoso y escasamente poblado de la Vía Láctea. Luego, los científicos utilizaron una red de radiotelescopios conocida como Red Europea de Interferometría de Muy Larga Base para identificar la ubicación precisa de la ráfaga.

"Demostramos de manera concluyente que la FRB 20200120E está asociada con un cúmulo globular en el sistema galáctico M81, lo que confirma que está 40 veces más cerca que cualquier otra FRB extragaláctica conocida", escriben los autores en el nuevo informe.

“Al interpretar eso es cuando las cosas se ponen muy, muy interesantes”, dice Chatterjee. "Es muy difícil encajar en los modelos existentes". 

Los cúmulos globulares son algunos de los objetos más antiguos del universo observable. Tienen miles de millones de años, son al menos tan antiguos como las galaxias que orbitan y quizás mucho más. Hasta ahora, los científicos sospechaban firmemente que algunos de los objetos compactos más jóvenes observados hasta ahora producían ráfagas rápidas de radio: magnetares o cadáveres estelares en llamas extremadamente magnéticos que se producen cuando las estrellas jóvenes y masivas explotan y mueren. Una vez formado, el cadáver estelar ultramagnético permanece durante decenas de miles de años antes de que su campo magnético decaiga, dejando una estrella de neutrones más ordinaria.

Pero hasta donde saben los astrónomos, estos cúmulos globulares brillantes y densamente empaquetados no contienen los tipos de estrellas tempestuosas que colapsan en magnetares.

"Este tipo de formación estelar está ocurriendo en todo el universo, incluso en nuestra propia galaxia en muchos lugares, pero no en cúmulos globulares", dice Claire Ye de la Universidad Northwestern, que estudia los cúmulos globulares. "Es como decir ¿qué está pasando aquí?"

Estrellas extremadamente magnéticas y ultradensas

Han tardado casi 15 años en empezar a desenredar el misterio de las ráfagas rápidas de radio. Las hipótesis iniciales incluían la evaporación de agujeros negros, el destello de estrellas muertas, la colisión de objetos densos e incluso tecnologías alienígenas (spoiler: no son extraterrestres ). Más pistas, de las estructuras a nanoescala dentro de las ráfagas de radio a su duración e intensidad de milisegundos sugirieron que deben ser producidas por objetos compactos y extremadamente densos.

Entonces, los científicos recurrieron a objetos como agujeros negros y a estrellas de neutrones, que quedan cuando las estrellas masivas se hacen pedazos en supernovas. Más tarde, las observaciones sugirieron que algunas ráfagas nacen en regiones con campos magnéticos extremos , lo que sugiere además que estas misteriosas señales podrían provenir de magnetares.

Luego, el año pasado, una magnetar dentro de la Vía Láctea produjo una ráfaga de radio que se asemeja a una FRB. Fue un poco más débil que las ráfagas extremadamente poderosas procedentes de medio universo de distancia, pero los científicos estaban convencidos de que estaban en el camino correcto .

"El paradigma de que las FRB provienen de magnetares ha cobrado vida desde que vimos el estallido similar al FRB del magnetar galáctico", dice Brian Metzger de la Universidad de Columbia y del Instituto Flatiron. "Tuviste una situación en la que tanto los teóricos como los observadores estaban bastante contentos con los magnetares".

Pero eso no duró mucho. Con el descubrimiento de la FRB 20200120E, los astrónomos ahora necesitan descubrir cómo los magnetares podrían surgir y sobrevivir en cúmulos globulares, o necesitan descubrir cómo una población de estrellas extremadamente viejas y silenciosas puede generar ráfagas tan poderosas. Tampoco es un problema fácil de resolver. 

Explicaciones plausibles

Si bien los astrónomos no creen que los cúmulos globulares contengan magnetares, otros tipos de cadáveres estelares deberían ser abundantes. Las enanas blancas se forman cuando las estrellas similares al sol se transforman en gigantes rojas y mueren y las estrellas de neutrones, formadas por supernovas más grandes, pueden crearse temprano en la vida de estos antiguos cúmulos.

Quizás los magnetares puedan surgir cuando dos estrellas de neutrones chocan y se fusionan, cuando dos enanas blancas chocan y se fusionan, o cuando una enana blanca con una estrella compañera en órbita roba tanta masa que colapsa en una estrella de neutrones recién nacida. Sin embargo, hasta ahora nadie ha visto un magnetar formado de esta manera.

Ye, de la Universidad de Northwestern, cree que debemos buscar otras formas de formar magnetares en estos cúmulos y explorar cómo otras estrellas podrían impulsar ráfagas rápidas de radio. Además, dice, es crucial recopilar más información sobre este grupo en particular para ver qué más podría estar creando las ráfagas épicas.

“Los cúmulos globulares son diferentes”, afirma. "Algunos son más densos, otros son menos densos y, en diferentes grupos, verás diferentes resultados".

Metzger también señala que debería ser posible generar algo que parezca una ráfaga rápida de radio en ausencia de magnetares. Dos estrellas de neutrones girando una alrededor de la otra podrían generar estallidos que se asemejan a ráfagas rápidas de radio, al igual que los discos turbulentos de material girando alrededor de agujeros negros que ocasionalmente producen chorros y llamaradas. "Estoy un poco más inclinado a pensar que hay algo más que magnetares aquí", dice.

Chatterjee está de acuerdo y agrega que "tal vez una fracción de las FRB no estén relacionadas con magnetares, sino que están relacionadas con algún tipo de fenómeno de chorro de agujero negro".

Quizás las ráfagas rápidas de radio se forman a través de múltiples vías, algo así como estallidos de rayos gamma , que confundieron a los astrónomos durante décadas después de haber sido descubiertos inicialmente por un satélite militar en la década de 1960. Ahora sabemos que ambas poderosas supernovas y la colisión de estrellas de neutrones puede producir estos destellos inmensamente enérgicos de rayos gamma.

"La naturaleza encontró dos formas de hacer eso", dice Metzger. "Creo que podemos estar viendo algo similar con las FRB".