La galaxia que alberga a la fuente repetitiva de explosiones rápidas de radio FRB 121102, que parece ser una estrella de neutrones en el entorno magnético-iónico de un agujero negro [Observatorio Gemini/AURA/NSF/NRC].
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Estrellas y galaxias Ene/Mar 2007 Nº 47
Colisiones estelares, cúmulos estelares jóvenes, nebulosas planetarias, erupciones de rayos gamma, supernovas, enanas marrones, magnetoestrellas, agujeros negros, evolución de la Vía Láctea, choques entre galaxias… Descubre las claves de estos y muchos otros fenómenos del cosmos en este monográfico.
Las explosiones rápidas de radio son un nuevo gran enigma para la astrofísica. Hay púlsares que son fuentes de ondas de radio, pero las explosiones de radio emiten en unos milisegundos la misma energía que cientos de millones de soles. No se trata, pues, de púlsares ordinarios. ¿De qué objetos cósmicos puede tratarse? Daniele Michilli, de la Universidad de Amsterdam, ha analizado, junto con un equipo internacional, las explosiones de radio procedentes de una sola fuente, y así se ha visto cómo podría ser el entorno donde se produce el fenómeno.
El interés por las explosiones rápidas de radio es reciente. Pese a su potencia extraordinaria, no fueron descubiertas sino en 2007, por Duncan Lorimer, de la Universidad de Virginia Occidental, en Estados Unidos, y sus colaboradores mientras estudiaban los datos de la observación de púlsares. Por entonces, la mayoría de los astrofísicos no hicieron gran caso del descubrimiento; creían que tenía que haber habido errores de medición. Luego se han ido observando más de veinte de esas erupciones de radio (una repetida múltiples veces, como vamos a ver). Los astrofísicos coinciden en que las fuentes son extragalácticas, que están mucho más allá de la Vía Láctea. Las candidatas son numerosas: magnetares (estrellas de neutrones que tienen un campo magnético propio intenso), núcleos activos de galaxias (en cuyo centro hay un agujero negro supermasivo que atrae grandes cantidades de materia), lentes de plasma que magnifiquen el efecto de alguna de esas fuentes, etc., e incluso se han formulado hipótesis extremas. Pero se carece todavía de elementos de juicio que eluciden la cuestión.
Para saber más, Daniele Michilli y sus colaboradores han utilizado los datos de los observatorios de Arecibo, en Puerto Rico, y de Green Bank, en Virginia Occidental, a fin de estudiar el caso de la explosión de radio rápida FRB 121102, que es especial por más de una razón. La astrofísica Laura Spitler, del Instituto Max Planck de radioastronomía de Bonn, descubrió esta fuente en 2014 cuando analizaba viejos datos de uno de los programas de observación de Arecibo. El telescopio captó sus brotes de radio por primera vez en 2012. Es la única fuente conocida que emite explosiones de radio de forma repetida, aunque aleatoria. Se han observado más de 200 episodios provenientes de esta fuente. Y gracias a estas repeticiones, Shami Chaterjee, de la Universidad Cornell, y sus colaboradores determinaron en 2017 que FRB 121102 reside en una galaxia enana distante de nosotros más de tres mil millones de años luz.
Daniele Michilli y su grupo han analizado 16 explosiones de radio de FRB 121102. Han demostrado que esas emisiones radiomagnéticas están polarizadas linealmente, es decir, que el campo eléctrico de las ondas oscila en una dirección determinada. Se sabe que las ondas electromagnéticas pueden estar parcialmente polarizadas tras haber atravesado un medio donde reine un fuerte campo magnético. Pero las ondas de radio de FRB 121102 están polarizadas casi a un ciento por ciento. El campo magnético atravesado tuvo que ser sumamente intenso. Y polarizaciones así de ondas de radio se han observado alrededor de agujeros negros de masa elevada.
Por otra parte, como los brotes emitidos por FRB 121102 son muy breves (duran entre 30 microsegundos y 2 milisegundos), los investigadores piensan que la fuente es un objeto pequeño, de una decena de kilómetros de diámetro, tamaño típico de una estrella de neutrones. Por lo tanto, las observaciones parecen indicar que FRB 121102 es una estrella de neutrones sumergida en el intenso campo magnético que rodea a un agujero negro de masa elevada que se encuentra cerca de ella y atrae material de la galaxia hacia sí.
Pese a que el papel del campo magnético parezca crucial en la dinámica de la fuente FRB 121102, sigue sin saberse en detalle cuál es el mecanismo. Además, no es seguro que las fuentes no repetitivas de explosiones rápidas de radio sean de la misma naturaleza que FRB 121102. Para responder los distintos interrogantes, una treintena de observatorios, en especial el telescopio CHIME, de Canadá, rastrean en busca de estos fenómenos dentro de programas específicos de investigación.
Sean Bailly / Pour la Science
Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Pour la Science.
Referencia: «An extreme magneto-ionic environment associated with the fast radio burst source FRB 121102», de D. Michilli et al. en Nature 553, 182–185 (11 de enero de 2018).
