Astrónomos australianos identifican a un FRB que dejó su galaxia anfitriona hace unos 4 mil millones de años

Artist's impression of CSIRO's Australian SKA Pathfinder (ASKAP) radio telescope finding a fast radio burst and determining its precise location. The KECK, VLT and Gemini South optical telescopes joined ASKAP with follow-up observations to image the host galaxy. Credit: CSIRO/Dr Andrew Howells.

Un equipo de astrónomos liderado por Australia que usando el telescopio Gemini Sur en Chile ha confirmado exitosamente la distancia a una galaxia que alberga una intensa explosión de radio que brilló solo una vez y duró solo una milésima de segundo. El equipo hizo el descubrimiento inicial de la ráfaga rápida de radio (FRB) utilizando el radio telescopio Pathfinder (ASKAP) del Kilómetro Cuadrado Australiano.

Las observaciones críticas de Gémini fueron clave para verificar que la explosión abandonó su galaxia anfitriona hace unos 4 mil millones de años.

Esta impresionante fotografía, tomada con una lente ojo de pez desde el interior de la cúpula del sur de Gemini, muestra el telescopio en su montura altazimuth, apuntando lo suficientemente alto como para que su espejo principal gigante de 8 metros sea visible. Crédito: Observatorio Gémini / AURA / Manuel Paredes.

Desde el primer descubrimiento de una FRB en 2007, estos objetos misteriosos han jugado al ratón y el gato cósmicamente con astrónomos, ¡con los astrónomos como los gatos de ojos afilados! ráfagas rápidas de radio fugaces, que duran alrededor de un milisegundo (una milésima parte de un segundo), son difíciles de detectar y aún más difíciles de localizar con precisión. En este caso, la FRB, conocido como FRB 180924, fue una única ráfaga, a diferencia de otras que pueden parpadear varias veces durante un período prolongado.

"Es especialmente difícil señalar las FRB que solo aparecen una vez y desaparecen", dijo Keith Bannister, de la Organización de Investigación Industrial y Científica del Commonwealth de Australia (CSIRO), quien dirigió al equipo australiano en el esfuerzo de búsqueda. Sin embargo, Bannister y su equipo hicieron exactamente eso, lo cual es uan primicia.

El resultado se publicó en el número del 27 de junio de la revista Science.

El pulso momentáneo se detectó por primera vez en septiembre de 2018 durante una búsqueda específica de FRB con ASKAP, un conjunto de 36 antenas de radiotelescopios que trabajaban juntos como un solo instrumento en Australia Occidental, que también identificó la ubicación de la señal en el cielo.

Los investigadores utilizaron las minúsculas diferencias en la cantidad de tiempo que tarda la luz en llegar a diferentes antenas de la matriz para ampliar la ubicación de la galaxia anfitriona. "A partir de estas pequeñas diferencias de tiempo, solo una fracción de una mil millonésima parte de un segundo, identificamos la galaxia local de la explosión", dijo el miembro del equipo Adam Deller, de la Universidad de Tecnología de Swinburne.

Una vez localizado, el equipo alistó el telescopio Gemini South, junto con el Observatorio WM Keck y el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral para determinar la distancia del FRB y otras características al observar cuidadosamente la galaxia que albergó el estallido. "Los datos de Gemini Sur confirmaron absolutamente que la luz salió de la galaxia hace unos 4 mil millones de años", dijo Nicolás Tejos, de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, quien dirigió las observaciones de Gemini.

Las antenas parabólicas de ASKAP cuentan con un receptor de alimentación de matriz en fase (PAF) novedoso, que permite una vista masiva de campo ancho de 30 grados cuadrados en el cielo. Crédito: CSIRO / Dragonfly.

"ASKAP nos dio la posición bidimensional en el cielo, pero las observaciones de Géminis, Keck y VLT bloquearon la distancia, lo que completa la imagen tridimensional", dijo Tejos.

"Cuando conseguimos una posición para FRB 180924 que era buena a 0,1 segundos de arco, sabíamos que nos diría no solo qué objeto era la galaxia anfitriona, sino también dónde se produjo dentro de la galaxia anfitriona", dijo Deller. "Encontramos que el FRB estaba ubicado lejos del núcleo de la galaxia, en los 'suburbios galácticos'".

"Los telescopios Gemini fueron diseñados teniendo en cuenta observaciones como esta", dijo Ralph Gaume, Director Adjunto de la División de Ciencias Astronómicas de la Fundación Nacional de Ciencias de los EE. UU., Que proporciona fondos para la porción estadounidense de la asociación internacional del Observatorio Gemini. Saber dónde se produce un FRB en una galaxia de este tipo es importante porque permite a los astrónomos obtener alguna pista de lo que podría haber sido el progenitor FRB. "Y para eso", continúa Gaume, "necesitamos imágenes y espectroscopia con una calidad y profundidad de imagen superior, por lo que Géminis y las observaciones del observatorio óptico e infrarrojo en este estudio fueron tan importantes".

La localización de los FRB es fundamental para comprender las causas de los destellos, que aún son inciertos: para explicar las altas energías y los plazos cortos, la mayoría de las teorías invocan la presencia de un objeto masivo pero muy compacto, como un agujero negro o una estrella de neutrones altamente magnética. "Encontrar dónde se producen las ráfagas nos diría si es la formación, evolución o colisión y destrucción de estos objetos lo que genera las ráfagas de radio".

Impresión artística del radiotelescopio SKA Pathfinder (ASKAP) de CSIRO al encontrar una rápida ráfaga de radio y determinar su ubicación precisa. Los telescopios ópticos KECK, VLT y Gemini South se unieron a ASKAP con observaciones de seguimiento para visualizar la galaxia anfitriona. Crédito: CSIRO/Dr Andrew Howells.

"Al igual que las explosiones de rayos gamma hace dos décadas, o la detección más reciente de eventos de ondas gravitacionales, nos encontramos en la cúspide de una nueva y emocionante era en la que estamos a punto de aprender dónde se producen las explosiones de radio rápidas", dijo el miembro del equipo Stuart Ryder. de la Universidad de Macquarie, Australia. Ryder también señaló que al saber dónde se encuentran los FRB dentro de una galaxia, los astrónomos esperan aprender más sobre sus causas, o al menos descartar algunos de los muchos modelos. "Sin embargo, en última instancia", continuó Ryder, "nuestro objetivo es utilizar los FRB como sondas cosmológicas, de la misma manera que usamos explosiones de rayos gamma, quásares y supernovas". Según Ryder, un mapa de este tipo podría señalar la ubicación de los "bariones faltantes" (los bariones son los bloques de construcción subatómicos de la materia) que los modelos estándar predicen que deben estar ahí, pero que no aparecen usando otras sondas.

Al señalar los estallidos y hasta dónde ha viajado su luz, los astrónomos también pueden obtener "muestras del núcleo" del material intermedio entre nosotros y los flashes. Con una gran muestra de galaxias anfitrionas de FRB, los astrónomos podrían realizar una "tomografía cósmica" para construir el primer mapa 3D de dónde se ubican los bariones entre las galaxias. En esa nota, agregó Tejos, "una vez que tengamos una gran muestra de FRB con distancias conocidas, también tendremos un nuevo método revolucionario para medir la cantidad de materia en la red cósmica".

Hasta la fecha, solo otra ráfaga de radio rápida (FRB 121102) ha sido localizada, y tenía una señal de repetición que parpadeaba más de 150 veces, mientras que los FRB de flash único y múltiple son relativamente raros, los FRB individuales son más comunes que los de repetición. El descubrimiento de FRB 180924, entonces, podría abrir el camino para futuros métodos de localización.

"Las contribuciones de seguimiento rápido por parte del Observatorio Gemini serán especialmente significativas en el futuro de la astronomía en el dominio del tiempo", dijo Tejos, "ya que promete no solo ayudar a los astrónomos a perfeccionar el estudio de los fenómenos transitorios, sino quizás alterar nuestras percepciones de la Universo."