Explorările radio rapide pot fi de la o stea neutronică care orbitează o gaură neagră

OXON HILL, Md. — Răbușele radio rapide ar putea veni dintr-o casă agitată. Cel puțin o sursă a acestor explozii strălucitoare și scurte de energie radio ar putea fi o stea neutronică tânără asistată de o gaură neagră masivă din apropiere, sugerează o nouă cercetare.

„Cel mai mare mister în jurul exploziilor radio rapide este modul în care sunt emise rafale atât de puternice și de scurtă durată”, spune astronomul Daniele Michilli de la Universitatea din Amsterdam. Cele mai recente observații, raportate online pe 10 ianuarie în Natură și la o întâlnire a Societății Americane de Astronomie, sugerează că exploziile provin dintr-un mediu cu un câmp magnetic neobișnuit de puternic. Acel câmp lasă o semnătură pe undele radio, răsucindu-le în spirale, relatează Michilli și colegii săi.

Doar câteva rafale radio rapide au fost vreodată detectate și majoritatea apar ca evenimente unice. Puține procese cunoscute din univers le pot explica. Dar o explozie, FRB 121102, a fost văzută repetându-se în ultimul deceniu sau cam asa ceva (SN Online: 21/12/16). Această repetiție a permis astronomilor să urmărească explozia și să o urmărească până la o galaxie pitică aflată la aproximativ 2,5 miliarde de ani lumină distanță (SN: 2/4/17, str. 10).

Acum, Michilli și colegii săi au folosit radiotelescopul Arecibo din Puerto Rico pentru a arăta că sursa exploziei este încorporată într-un câmp magnetic extrem de puternic, de 200 de ori mai puternic decât câmpul magnetic mediu din Calea Lactee.

Echipa a măsurat undele radio din 16 explozii distincte pe parcursul a trei curse de observație de două ore, care se întind pe câteva luni. Exploziile au fost excepțional de scurte, cele mai scurte durand doar 30 de microsecunde. Asta înseamnă că orice ar fi emis trebuie să aibă o lățime de doar 10 kilometri, spune Michilli.

„Pentru a emite o explozie scurtă ai nevoie de o regiune mică”, spune el. „Prin urmare, obiectele compacte, cum ar fi stelele cu neutroni, sunt puternic favorizate de acest rezultat.”

Echipa a analizat, de asemenea, undele radio într-un mod nou, dezvăluind că ceea ce părea ca exploziile individuale erau de fapt compuse din multe sub-explozii mai mici, spune astronomul Andrew Seymour de la Asociația de Cercetare Spațială a Universităților din Arecibo. Asta complică și mai mult imaginea. Sub-exploziile ar putea fi intrinseci obiectului care le creează sau ar putea fi rezultatul undelor care trec prin bulburi de plasmă, spune el.

În cele din urmă, observațiile au arătat că undele erau polarizate, toate orientate în aceeași direcție. Dar ceva răsucise valurile, forțându-le să se rotească în tirbușon în drumul lor din galaxia pitică spre Pământ. Observațiile ulterioare cu Telescopul Green Bank din Virginia de Vest au confirmat că răsturnările au fost într-adevăr acolo.

Povestea continuă sub imaginea

NOU SI IMBUNATATIT Noul hardware de pe radiotelescopul Arecibo (prezentat) i-a ajutat pe astronomi să detecteze semnăturile luminii răsucite dintr-o explozie radio rapidă. NAIC

Singurul fenomen despre care se știe că creează o astfel de rotație este un câmp magnetic puternic, spune Michilli. Există două ipoteze principale pentru comportamentul exploziilor. Unul este că provin de la o stea neutronică tânără, energetică, numită magnetar, care se află în interiorul unui înveliș de gaz magnetizat, pe care magnetarul însuși l-a expulzat într-o explozie de supernovă. Magnetarul emite unde radio, iar carcasa le face să se rotească.

„Dacă aveți magnetari tineri care tocmai s-au născut în explozii de supernove, vechi de doar câteva decenii, ar putea fi obiecte foarte explozive, ar putea avea tineri foarte violenți și ar putea da naștere la explozii radio rapide repetate”, spune astronomul Brian Metzger despre Universitatea Columbia, care nu a fost implicată în noul studiu.

Dar Michilli subliniază că, pentru a conduce astfel de câmpuri magnetice puternice, rămășița supernovei ar trebui să fie de un milion de ori mai strălucitoare decât cea mai strălucitoare rămășiță din Calea Lactee, nebuloasa Crab (SN: 1/1/11, str. 11). În schimb, exploziile ar putea proveni de la o stea neutronică tânără care orbitează în jurul găurii negre dominante a galaxiei pitice, care are probabil între 10.000 și 1 milion de ori masa Soarelui, spune el.

Se știe deja că astfel de găuri negre mari au câmpuri magnetice puternice și fac ca lumina polarizată să se rotească. Și o stea neutronică care se cuibărește lângă o gaură neagră este o configurație plauzibilă: există una care orbitează gaura neagră supermasivă din centrul Căii Lactee. Deși undele radio ale acestei stele neutronice nu vin în rafale luminoase scurte, ele sunt, de asemenea, răsucite, spun cercetătorii.

Dacă nu ar fi acea stea cu neutroni, „mi s-ar părea foarte artificios”, spune Metzger. „Asta combină două lucruri improbabile.”

Explicații mai exotice rămân și ele posibile, spune echipa lui Michilli.

„Gluma este că există mult mai multe teorii decât exploziile observate”, a spus coautorul Jason Hessels de la Universitatea din Amsterdam într-o conferință de presă din 10 ianuarie. „În următoarele săptămâni ne așteptăm ca teoreticieni foarte creativi să vină cu explicații pentru observații la care nu ne-am gândit încă.”

Rămân întrebări dacă toate exploziile radio rapide, inclusiv cele care nu se repetă, provin din cartiere atât de interesante. „Nu putem spune încă dacă există două clase cu proprietăți diferite sau dacă este o singură clasă de rafale radio rapide și se întâmplă să fie văzute în configurații diferite”, spune Michilli.

De asemenea, încă nu se știe dacă alte explozii au unde răsucite la frecvențe înalte – pistolul fumegen pentru câmpuri magnetice puternice. Măsurarea rotației undelor în FRB 121102 a necesitat piratarea Arecibo cu un nou hardware care îi permite să detecteze frecvențe mai mari decât înainte. „Nu am fost capabili să facem asta până de curând”, spune Seymour. „Am stat treaz în seara de Crăciun [2016] și a făcut aceste observații și, din fericire, a dat roade.” Poate că alte rafale radio rapide pe care le-a observat Arecibo nu au arătat aceeași semnătură de rotație, deoarece telescopul nu era încă pregătit să o măsoare.

Hessels consideră că „perspectivele sunt destul de bune” pentru a afla care sunt exploziile radio rapide în viitorul apropiat. Mai multe observatoare radio noi din întreaga lume urmează să fie online în următorii câțiva ani. „Acestea vor fi fabrici FRB”, a spus Hessels. Se așteaptă să găsească alte explozii repetate, dacă există. „Atunci putem vedea dacă această sursă care se repetă este într-adevăr o ciudată completă sau o parte dintr-o distribuție a surselor.”