Um sinal repentino revela o parceiro oculto por trás de rajadas rápidas de rádio

As novas descobertas mostram que pelo menos algumas fontes FRB fazem parte de pares estelares, com duas estrelas orbitando uma à outra. Esta descoberta reformula suposições de longa data sobre a origem destes sinais misteriosos e como são produzidos.

A equipe fez a descoberta usando o Telescópio Esférico de Abertura de Quinhentos Metros (FAST) em Guizhou, amplamente conhecido como “China Sky Eye”. Ao observarem uma FRB repetida a cerca de 2,5 mil milhões de anos-luz da Terra, os investigadores detectaram um sinal único que apontava para a presença de uma estrela companheira próxima. Os resultados, publicados na Science, baseiam-se em quase 20 meses de monitoramento detalhado.

Um sinal raro aponta para uma estrela companheira

As ondas de rádio trazem pistas sobre o espaço por onde viajam, incluindo mudanças na sua polarização. Ao estudar estas mudanças, os astrónomos podem aprender sobre o ambiente que rodeia uma fonte FRB. Durante as suas observações, a equipa detectou um evento invulgar conhecido como “erupção RM”. Isto envolve uma mudança repentina e dramática nas propriedades de polarização do sinal de rádio.

Os investigadores acreditam que esta explosão foi causada por uma ejeção de massa coronal (CME) de uma estrela companheira. Tal erupção libertaria uma nuvem de plasma denso e magnetizado, alterando temporariamente o espaço em torno da fonte FRB à medida que esta passasse pela linha de visão.

“Esta descoberta fornece uma pista definitiva sobre a origem de pelo menos algumas FRBs repetidas,” disse o Professor Bing ZHANG, Professor Catedrático de Astrofísica do Departamento de Física e Diretor Fundador do Instituto de Astronomia e Astrofísica de Hong Kong na HKU, e autor correspondente do artigo. “A evidência apoia fortemente um sistema binário contendo um magnetar – uma estrela de nêutrons com um campo magnético extremamente forte e uma estrela como o nosso Sol”.

Por que a repetição de rajadas rápidas de rádio é importante

Explosões rápidas de rádio liberam enormes quantidades de energia em um tempo muito curto, embora durem apenas milissegundos. A maioria dos FRBs foi detectada apenas uma vez, tornando-os difíceis de estudar. Um grupo mais pequeno, no entanto, repete-se, dando aos astrónomos oportunidades raras de acompanhar mudanças ao longo do tempo e descobrir padrões.

Desde 2020, o FAST tem monitorado de perto a repetição de FRBs por meio de um Programa Científico Chave FRB dedicado, co-liderado pelo Professor Bing Zhang. Uma dessas fontes, conhecida como FRB 220529A, tornou-se central para a nova descoberta.

“FRB 220529A foi monitorado durante meses e inicialmente parecia normal”, disse o professor Bing Zhang. “Então, após uma observação de longo prazo durante 17 meses, algo verdadeiramente emocionante aconteceu.”

Rastreando uma mudança repentina no sinal

Os FRBs são conhecidos por terem quase 100% de polarização linear. À medida que as ondas de rádio passam pelo plasma magnetizado, o ângulo de sua polarização muda dependendo da frequência, um processo chamado rotação de Faraday. Este efeito é medido usando um valor conhecido como medida de rotação (RM).

“Perto do final de 2023, detectamos um aumento abrupto de RM em mais de um fator de cem”, disse o Dr. Ye LI do Observatório da Montanha Púrpura e da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, o primeiro autor do artigo.

“O RM declinou rapidamente ao longo de duas semanas, retornando ao seu nível anterior. Chamamos isso de ‘explosão do RM’.”

Esta breve mas extrema mudança é consistente com uma densa nuvem de plasma magnetizado cruzando o caminho entre o FRB e a Terra.

“Uma explicação natural é que uma estrela companheira próxima ejetou este plasma”, explicou o professor Bing Zhang.

“Tal modelo funciona bem para interpretar as observações”, disse o professor Yuanpei YANG, professor da Universidade de Yunnan e co-autor do artigo. “O aglomerado de plasma necessário é consistente com CMEs lançadas pelo Sol e outras estrelas da Via Láctea.”

Embora a estrela companheira em si não possa ser vista diretamente a uma distância tão grande, a sua presença tornou-se clara através de contínuas observações de rádio usando o FAST e o telescópio Parkes da Austrália.

Um quadro mais amplo de rajadas rápidas de rádio

“Esta descoberta foi possível graças às observações perseverantes usando os melhores telescópios do mundo e ao trabalho incansável da nossa dedicada equipa de investigação,” disse o professor Xuefeng WU do Observatório da Montanha Púrpura e da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, principal autor correspondente.

As descobertas também apoiam um quadro teórico mais amplo proposto pelo professor Bing Zhang e seu colaborador. Neste modelo, todos os FRBs são produzidos por magnetares, enquanto as interações dentro dos sistemas binários ajudam a criar condições que permitem que algumas dessas fontes emitam rajadas repetidas com mais frequência. O monitoramento contínuo de longo prazo pode ajudar os cientistas a determinar quão comuns são os sistemas binários entre as fontes FRB.

Colaboração e Suporte

A pesquisa envolveu cientistas da HKU, do Observatório da Montanha Roxa, da Universidade de Yunnan, dos Observatórios Astronômicos Nacionais da Academia Chinesa de Ciências e de outras instituições. O professor Xuefeng Wu (Observatório da Montanha Roxa), os professores Peng Jiang e Weiwei Zhu (Observatórios Astronômicos Nacionais) e o professor Bing Zhang do Departamento de Física da HKU atuaram como co-autores.

O financiamento veio da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, juntamente com subsídios nacionais e internacionais adicionais. O tempo de observação foi fornecido pelo FAST FRB Key Science Project (W.-W. Zhu e B. Zhang como Co-PIs), um programa FAST DDT (coordenado por X.-F. Wu e P. Jiang) e projetos separados FAST e Parkes PI (PIs: Y. Li e SB Zhang).