A estranha origem em forma de bolha de misteriosas explosões de rádio que quebraram recordes

Os astrônomos rastrearam a explosão rápida de rádio (FRB) mais poderosa e distante até um raro aglomerado de galáxias em interação, desafiando os modelos atuais das origens da FRB e sugerindo uma ligação com ambientes galácticos densos. (Conceito do artista.) Crédito: SciTechDaily.com

O Telescópio Espacial Hubble revela um estranho local de nascimento de uma explosão recorde.

• O fast radio burst (FRB) é o mais poderoso e mais distante até hoje
• Os astrónomos descobriram que as explosões rápidas de rádio não se originaram numa única galáxia, mas sim num grupo de galáxias a caminho de uma possível fusão.

No verão de 2022, os astrônomos detectaram a explosão rápida de rádio (FRB) mais poderosa já observada. E vindo de um site que data da metade do caminho para a grande explosãoFoi também o FRB conhecido mais distante observado até o momento.

Agora, liderado por astrônomos Universidade do Noroeste Identificamos o local de nascimento deste objeto extraordinário, que é verdadeiramente intrigante.

Usando imagens de NASAde telescópio espacial Hubbleos pesquisadores rastrearam o FRB até sua inexistência Um Galáxia, mas pelo menos um grupo Sete Galáxias. As galáxias do aglomerado parecem estar interagindo umas com as outras, talvez até a caminho de uma possível fusão. Tais aglomerados de galáxias são raros e podem ter criado as condições que desencadeiam rápidas explosões de rádio.

Esta descoberta inesperada poderia desafiar os modelos científicos de como e o que produz FRBs.

Uma imagem do Telescópio Espacial Hubble da galáxia que hospeda uma explosão de rádio excepcionalmente rápida e poderosa, FRB 20220610A. A sensibilidade e a nitidez do Hubble revelam um aglomerado compacto de múltiplas galáxias que podem estar em processo de fusão. Eles existiam quando o universo tinha apenas 5 bilhões de anos. FRB 20220610A foi descoberto pela primeira vez em 10 de junho de 2022, pelo radiotelescópio Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) na Austrália Ocidental. O Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul, no Chile, confirmou que a rápida explosão de rádio veio de longe. Crédito da imagem: NASA, ESA, STScI, Alexa Gordon (NW)

“Sem as imagens do Hubble, permanece um mistério se esta rápida explosão de rádio se originou de uma única galáxia homogênea ou de algum tipo de sistema interativo”, disse Alexa Gordon, da Northwestern University, que liderou o estudo. “São estes tipos de ambientes – estes ambientes exóticos – que nos estão a empurrar para uma melhor compreensão do mistério das rajadas rápidas de rádio.”

Gordon apresentou esta pesquisa durante a 243ª reunião da Sociedade Astronômica Americana em Nova Orleans, Louisiana. “Detectando o ambiente de explosão rápida de rádio mais distante usando o Telescópio Espacial Hubble” em 9 de janeiro como parte de uma sessão sobre “Fenômenos de alta energia e suas origens“.

Gordon é estudante de graduação em astronomia na Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern University, onde foi orientada pelo coautor do estudo Wen-Fei Fong, professor associado de física e astronomia. Fung e Gordon também são membros do Centro de Exploração e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica (CIERA).

Nascimento de uma bolha?

As rajadas rápidas de rádio (FRBs) surgem e desaparecem em milissegundos. São rajadas de rádio curtas e poderosas que geram mais energia em uma rajada rápida do que o nosso Sol emite em um ano inteiro. O recorde de rajada rápida de rádio (FRB) (apelidado de FRB 20220610A) foi ainda mais extremo do que seus antecessores.

Não só era quatro vezes mais ativo que o FRB mais próximo, como também era o FRB mais distante já descoberto. Quando o FRB 20220610A se originou, o universo tinha apenas 5 bilhões de anos. (Para efeito de comparação, o Universo tem agora 13,8 mil milhões de anos.)

Uma imagem do Telescópio Espacial Hubble da galáxia que hospeda uma explosão de rádio excepcionalmente rápida e poderosa, FRB 20220610A. A sensibilidade e a nitidez do Hubble revelam um aglomerado compacto de múltiplas galáxias que podem estar em processo de fusão. Eles existiam quando o universo tinha apenas 5 bilhões de anos. FRB 20220610A foi descoberto pela primeira vez em 10 de junho de 2022, pelo radiotelescópio Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) na Austrália Ocidental. O Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul, no Chile, confirmou que a rápida explosão de rádio veio de longe. Crédito da imagem: NASA, ESA, STScI, Alexa Gordon (NW)

Nas primeiras observações, a explosão parecia ter-se originado perto de uma bolha amorfa não identificada, que os astrónomos inicialmente pensaram ser uma única galáxia irregular ou um grupo de três galáxias distantes. Mas, num novo desenvolvimento, imagens nítidas obtidas pelo Hubble indicam agora que a bolha pode ter pelo menos sete galáxias muito próximas umas das outras. Na verdade, as galáxias estão tão próximas umas das outras que todas caberiam dentro da nossa própria galáxia via Láctea.

“Há algumas evidências de que os membros do grupo estão interagindo”, disse Fong. “Por outras palavras, podem ser material comercial ou talvez em vias de fusão. Estes aglomerados de galáxias (chamados aglomerados compactos) são ambientes incrivelmente raros no Universo e são as estruturas galácticas mais densas que conhecemos.”

“Esta interação pode desencadear explosões de formação estelar”, disse Gordon. “Isto pode indicar que o ancestral do FRB 20220610A estava associado a uma população de estrelas bastante recente, o que corresponde ao que aprendemos com outros FRBs.”

“Embora centenas de eventos FRB tenham sido detectados até agora, apenas uma pequena fração deles foi mapeada nas suas galáxias hospedeiras”, disse o coautor do estudo Yuexin (Vic) Dong, pesquisador graduado da NSF e PhD em astronomia. estudante do laboratório de Fung e membro do CIERA. “Dentro desta pequena fração, apenas alguns vieram do denso ambiente galáctico, mas nenhum foi visto num grupo tão compacto. Portanto, o seu local de nascimento é verdadeiramente raro.”

Explosões misteriosas

Embora os astrónomos tenham detectado cerca de 1.000 explosões rápidas de rádio desde que foram detectadas pela primeira vez em 2007, as fontes por detrás dos flashes ofuscantes permanecem em grande parte incertas. Embora os astrônomos ainda não tenham chegado a um consenso sobre os mecanismos potenciais por trás das FRBs, eles geralmente concordam que as FRBs devem envolver um objeto compacto, como uma FRB. Buraco negro ou Estrêla de Neutróns.

Ao revelar a verdadeira natureza das explosões rápidas de rádio, os astrónomos foram capazes não só de aprender sobre fenómenos misteriosos, mas também de aprender sobre a verdadeira natureza do próprio universo. Quando as ondas de rádio provenientes de rajadas rápidas de rádio finalmente encontrarem nossos telescópios, elas terão viajado bilhões de anos desde o universo distante e primitivo. Durante esta viagem pelo universo, eles interagem com materiais ao longo do caminho.

“As ondas de rádio, em particular, são sensíveis a qualquer material interveniente ao longo da linha de visão – desde a localização do FRB até nós”, disse Fung. “Isso significa que as ondas devem viajar através de qualquer nuvem de material ao redor do local da rápida explosão de rádio, através da galáxia hospedeira, através do universo e, finalmente, através da Via Láctea. Através do atraso de tempo no próprio sinal FRB, podemos medir a soma de todas essas contribuições.”

Para explorar ainda mais as FRBs e as suas origens, os astrónomos precisam de descobrir e estudar mais delas. À medida que a tecnologia continua a tornar-se mais sensível, Gordon diz que mais descobertas – e talvez até a captura de rajadas de rádio rápidas e incrivelmente fracas – estão ao virar da esquina.

“Com uma amostra maior de FRBs distantes, podemos começar a estudar a evolução das FRBs e as características dos seus hospedeiros, ligando-as a outras próximas e talvez até começar a identificar grupos mais exóticos”, disse Dong.

“Num futuro próximo, as experiências com FRB aumentarão a sua sensibilidade, levando a uma taxa sem precedentes de FRBs detectadas a estas distâncias”, disse Gordon. “Os astrónomos aprenderão em breve quão único é o ambiente desta rápida explosão de rádio.”

Referência: “Rápida explosão de rádio em um aglomerado de galáxias compacto em Z “~1” Escrito por Alexa C. Gordon, Wen-fai Fong, Sunil Simha, Yuxin Dong, Charles D. Kilpatrick, Adam T. Deller, Stuart D. Ryder, Tarraneh Eftekhari, Marcin Glowacki, Lachlan Marnoch, August R. Muller , Anya E. Nugent, Antonella Palmez, J. Xavier Prochaska, Mark Ravelski, Ryan M. Shannon e Nicholas Tychos, 17 de novembro de 2023, Astrofísica > Astrofísica das galáxias.
arXiv:2311.10815

O estudo foi apoiado pela National Science Foundation (números de prêmios AST-1909358, AST-2047919 e AST-2308182), pela David and Lucile Packard Foundation, pela Alfred P. Sloan Foundation, pela Research Foundation for the Advancement of Science e pela NASA ( número do prêmio GO-17277). Os astrônomos descobriram pela primeira vez o FRB 20220610A usando o Australian Square Kilometer Array Pathfinder Radio Telescope na Austrália Ocidental, depois confirmaram sua origem com o European Southern Observatory. Telescópio muito grande No Chile.