ARLA/CLUSTER: O enigma das explosões de radio celestes continua a adensar-se

[João Costa > CT1FBF]

<https://www.mpg.de/14367199/original-1579620704.jpg?t=eyJ3aWR0aCI6MTIwMCwib2JqX2lkIjoxNDM2NzE5OX0=--d58eef6939171477301f7b5c2b00ccddfc0c7399>
O radiotelescópio em Effelsberg faz parte da rede europeia VLBI, que
procura surtos de rádio.
Crédito: Instituto Max Planck para Radioastronomia/Norbert Tacken


Esta tempestade de "relâmpagos cósmicos" acontece à nossa volta. Por todo o
céu da Terra, existem pulsos que piscam e se apagam no momento seguinte.
Estas explosões, que são medidas com radiotelescópios e duram um milésimo
de segundo, são dos maiores mistérios da astrofísica. Os cientistas duvidam
que sejam alienígenas a combater numa "Guerra das Estrelas" na vastidão do
espaço. Mas de onde vêm estes fenómenos, apelidados de FRBs (sigla inglesa
para "Fast Radio Bursts") pelos especialistas?

Na cidade de Parkes, Austrália, uma antena gigante é apontada para o céu.
Em 2001, este radiotelescópio de 64 metros de diâmetro (uma vez o maior
radiotelescópio totalmente móvel do hemisfério sul) registou uma misteriosa
explosão de rádio - e ninguém notou! Somente cinco anos depois é que o
astrofísico Duncan Lorimer e o seu aluno David Narkevic encontraram mais ou
menos por acaso a assinatura do sinal nos dados do telescópio. Mesmo assim,
os especialistas não conseguiam entender o fenómeno. Mas esta não foi a
única "explosão de Lorimer".

"Conhecemos agora mais de cem," diz Laura Spitler. Desde março de 2019 que
lidera um grupo que investiga este tópico no Instituto Max Planck para
Radioastronomia. Spitler dedica-se há muitos anos a estes surtos fugazes no
espaço. Sob a sua liderança, uma equipa internacional descobriu um FRB no
hemisfério norte em 2014. Os astrónomos usaram a antena do telescópio
Arecibo em Porto Rico. A antena, que mede 305 metros em diâmetro, está
firmemente ancorada num vale natural e só pode concentrar-se numa secção
relativamente pequena do céu.

"Estatisticamente falando, devem existir apenas sete erupções por minuto,
espalhas pelo céu. Portanto, é preciso ter muita sorte para alinhar o seu
telescópio na posição certa, à hora certa", disse Spitler após o anúncio da
descoberta. Tanto as propriedades das explosões de rádio quanto a sua
frequência derivada das medições estavam em alta concordância com o que os
astrónomos tinham descoberto sobre todas as erupções observadas
anteriormente.

De facto, os pressupostos estatísticos foram confirmados; estes dizem que
aproximadamente 10.000 destes fenómenos cósmicos invulgares surgem no
firmamento todos os dias. O número surpreendentemente elevado resulta de
cálculos de quanto do céu teria que observado e por quanto tempo para
explicar as comparativamente poucas descobertas até agora.

A medição de Arecibo também removeu as últimas dúvidas sobre se as
explosões de rádio realmente vieram das profundezas do Universo. Após as
primeiras explosões registadas, os cientistas concluíram que estavam a ser
geradas numa área bem para lá da Via Láctea. Isto foi deduzido de um efeito
chamado dispersão de plasma. Quando os sinais de rádio viajam longas
distâncias pelo Universo, encontram muitos eletrões livres localizados no
espaço entre as estrelas.

Por fim, a velocidade de propagação das ondas de rádio em frequências mais
baixas diminui de maneira característica. Por exemplo, durante o mencionado
surto de radiação descoberto com o telescópio Arecibo, esta dispersão foi
três vezes maior do que seria de esperar de uma fonte dentro da Via Láctea.
Se a fonte estivesse localizada na nossa Galáxia, a matéria interestelar
teria contribuído 33% para a fonte observada pelo radiotelescópio de
Arecibo.

Mas qual é, então, a origem destes FRBs? Os astrofísicos construíram vários
cenários, todos mais ou menos exóticos. Muitos deles têm a ver com estrelas
de neutrões. As estrelas de neutrões são os remanescentes de explosões
gigantes de estrelas massivas como supernovas, com apenas 30 km de tamanho.
Nestas esferas, a matéria é tão densamente compactada que, na Terra, uma
colher de chá do seu material pesaria tanto quanto uma montanha. As
estrelas de neutrões giram rapidamente em torno de si próprias. Algumas têm
campos magnéticos excecionalmente fortes.

Por exemplo, os FRBs podem ocorrer durante uma supernova - mas também
durante a fusão de duas estrelas de neutrões num sistema binário íntimo -
quando os campos magnéticos das duas estrelas individuais colapsam. Além
disso, uma estrela de neutrões pode entrar em colapso e formar um buraco
negro, emitindo uma explosão de rádio.

À primeira vista, estes "guiões" científicos parecem plausíveis. No
entanto, têm uma falha: preveem apenas um FRB de cada vez. "Se o flash foi
gerado num evento cataclísmico que destrói a fonte, apenas pode ser
esperado uma explosão por fonte," diz Laura Spitler. De facto, nos
primeiros anos, sempre houve explosões singulares - até 2014, quando
ocorreu o evento chamado FRB 121102. Em 2016, Spitler e a sua equipa
observaram que este era o primeiro "repetidor", uma explosão com pulsos
repetidos. "Isto refutou todos os modelos que explicam os FRBs como
consequência de um evento catastrófico," explica Spitler.

FRB 121102, descoberto no radiotelescópio Arecibo, foi também observado por
cientistas com o VLA (Very Large Array) no estado norte-americano do Novo
México. Após 80 horas de observações, registaram nove explosões e
determinaram a posição com uma precisão de um segundo de arco. Nesta
posição no céu, há uma fonte de rádio que irradia permanentemente; as
imagens óticas mostram uma galáxia ténue a cerca de 3 mil milhões de
anos-luz de distância.

Com um diâmetro de apenas 13.000 anos-luz, é uma galáxia anã; a Via Láctea
é cerca de dez vezes maior. "No entanto, nesta galáxia nascem muitas
estrelas novas e talvez até particularmente grandes. Isto pode ser uma
indicação da fonte das explosões de rádio," salienta Spitler.

A investigadora está a considerar os pulsares - "faróis" cósmicos que
emitem regularmente ondas de rádio. Por trás deles estão, novamente,
estrelas de neutrões com rápida rotação e com fortes campos magnéticos. Se
o eixo de rotação e o eixo do campo magnético de tal objeto se desviarem um
do outro, pode ser produzido um feixe de rádio. De cada vez que a "luz"
deste "farol" natural varre a Terra, os astrónomos medem um pulso curto.

A maioria das explosões dos pulsares de rádio são fracas demais para serem
detetadas a uma grande distância. Este não é o caso dos pulsos gigantes,
particularmente curtos e extremamente fortes. Um excelente exemplo desta
classe de objetos é o pulsar da Nebulosa do Caranguejo, um remanescente de
explosão de supernova observada no ano 1054. Os seus pulsos seriam visíveis
até de galáxias vizinhas.

"Um modelo promissor sugere que os FRBs são muito mais fortes e raros do
que os pulsos gigantes de estrelas de neutrões extragaláticas parecidas com
o pulsar da Nebulosa do Caranguejo. Ou mesmo mais jovens e energéticos como
este," diz Spitler. "A galáxia hospedeira de FRB 121102 encaixa neste
modelo porque tem o potencial de produzir as estrelas certas para se
tornarem estrelas de neutrões no final das suas vidas."

A confirmação deste modelo não está a ficar mais fácil. No entanto, as
observações continuam. Por exemplo, as antenas de rádio da rede europeia
VLBI examinaram outro repetidor no verão de 2019. FRB 180916.J0158+65
mostrou não menos que quatro surtos de radiação durante as cinco horas de
observação. Cada um durou menos de dois milissegundos.

O lar desta explosão de rádio é uma galáxia espiral a cerca de 500 milhões
de anos-luz de distância. Isto torna-o o FRB mais próximo até agora
observado, embora esta distância pareça "astronómica". Parece também haver
uma aparentemente alta taxa de natalidade estelar em torno da explosão.

A posição na galáxia difere da de todos os outros surtos investigados até
agora. Por outras palavras: aparentemente, os FRBs surgem em todos os tipos
de regiões cósmicas e ambientes diversos. "Esta é uma das razões pelas
quais ainda não está claro se todas as explosões têm o mesmo tipo de fonte
ou se são geradas pelos mesmos processos físicos," comenta Spitler.
"Continua o mistério das suas origens."

// Instituto Max Planck para Radioastronomia (comunicado de imprensa)
<https://www.mpg.de/14374055/the-riddle-of-the-heavenly-bursts>
// Um FRB de uma galáxia espiral (JIVE e EVN via YouTube)
<https://youtu.be/eKo-Jx3l418>


------------------------------

*Saiba mais*

*FRB ("Fast Radio Burst"):*
Wikipedia <https://en.wikipedia.org/wiki/Fast_radio_burst>
Catálogo de FRBs (Universidade de Swinburne)
<http://www.astronomy.swin.edu.au/pulsar/frbcat/>

*Estrelas de neutrões:*
Wikipedia <http://en.wikipedia.org/wiki/Neutron_star>
Universidade de Maryland <http://www.astro.umd.edu/~miller/nstar.html>

*Radiotelescópio Parkes:*
CSIRO <http://www.parkes.atnf.csiro.au/>
Wikipedia <https://en.wikipedia.org/wiki/Parkes_Observatory>

*Observatório de Arecibo:*
Página oficial <http://www.naic.edu/>
Wikipedia <http://en.wikipedia.org/wiki/Arecibo_Observatory>

*VLA:*
Página oficial <http://www.vla.nrao.edu/>
NRAO <https://public.nrao.edu/>
Wikipedia <http://en.wikipedia.org/wiki/Very_Large_Array>

*Rede europeia VLBI:*
Página oficial <https://www.evlbi.org/>
Wikipedia <https://en.wikipedia.org/wiki/European_VLBI_Network>

<https://www.mpg.de/14367199/original-1579620704.jpg?t=eyJ3aWR0aCI6MTIwMCwib2JqX2lkIjoxNDM2NzE5OX0=--d58eef6939171477301f7b5c2b00ccddfc0c7399>
O radiotelescópio em Effelsberg faz parte da rede europeia VLBI, que
procura surtos de rádio.
Crédito: Instituto Max Planck para Radioastronomia/Norbert Tacken


Esta tempestade de "relâmpagos cósmicos" acontece à nossa volta. Por todo o
céu da Terra, existem pulsos que piscam e se apagam no momento seguinte.
Estas explosões, que são medidas com radiotelescópios e duram um milésimo
de segundo, são dos maiores mistérios da astrofísica. Os cientistas duvidam
que sejam alienígenas a combater numa "Guerra das Estrelas" na vastidão do
espaço. Mas de onde vêm estes fenómenos, apelidados de FRBs (sigla inglesa
para "Fast Radio Bursts") pelos especialistas?

Na cidade de Parkes, Austrália, uma antena gigante é apontada para o céu.
Em 2001, este radiotelescópio de 64 metros de diâmetro (uma vez o maior
radiotelescópio totalmente móvel do hemisfério sul) registou uma misteriosa
explosão de rádio - e ninguém notou! Somente cinco anos depois é que o
astrofísico Duncan Lorimer e o seu aluno David Narkevic encontraram mais ou
menos por acaso a assinatura do sinal nos dados do telescópio. Mesmo assim,
os especialistas não conseguiam entender o fenómeno. Mas esta não foi a
única "explosão de Lorimer".

"Conhecemos agora mais de cem," diz Laura Spitler. Desde março de 2019 que
lidera um grupo que investiga este tópico no Instituto Max Planck para
Radioastronomia. Spitler dedica-se há muitos anos a estes surtos fugazes no
espaço. Sob a sua liderança, uma equipa internacional descobriu um FRB no
hemisfério norte em 2014. Os astrónomos usaram a antena do telescópio
Arecibo em Porto Rico. A antena, que mede 305 metros em diâmetro, está
firmemente ancorada num vale natural e só pode concentrar-se numa secção
relativamente pequena do céu.

"Estatisticamente falando, devem existir apenas sete erupções por minuto,
espalhas pelo céu. Portanto, é preciso ter muita sorte para alinhar o seu
telescópio na posição certa, à hora certa", disse Spitler após o anúncio da
descoberta. Tanto as propriedades das explosões de rádio quanto a sua
frequência derivada das medições estavam em alta concordância com o que os
astrónomos tinham descoberto sobre todas as erupções observadas
anteriormente.

De facto, os pressupostos estatísticos foram confirmados; estes dizem que
aproximadamente 10.000 destes fenómenos cósmicos invulgares surgem no
firmamento todos os dias. O número surpreendentemente elevado resulta de
cálculos de quanto do céu teria que observado e por quanto tempo para
explicar as comparativamente poucas descobertas até agora.

A medição de Arecibo também removeu as últimas dúvidas sobre se as
explosões de rádio realmente vieram das profundezas do Universo. Após as
primeiras explosões registadas, os cientistas concluíram que estavam a ser
geradas numa área bem para lá da Via Láctea. Isto foi deduzido de um efeito
chamado dispersão de plasma. Quando os sinais de rádio viajam longas
distâncias pelo Universo, encontram muitos eletrões livres localizados no
espaço entre as estrelas.

Por fim, a velocidade de propagação das ondas de rádio em frequências mais
baixas diminui de maneira característica. Por exemplo, durante o mencionado
surto de radiação descoberto com o telescópio Arecibo, esta dispersão foi
três vezes maior do que seria de esperar de uma fonte dentro da Via Láctea.
Se a fonte estivesse localizada na nossa Galáxia, a matéria interestelar
teria contribuído 33% para a fonte observada pelo radiotelescópio de
Arecibo.

Mas qual é, então, a origem destes FRBs? Os astrofísicos construíram vários
cenários, todos mais ou menos exóticos. Muitos deles têm a ver com estrelas
de neutrões. As estrelas de neutrões são os remanescentes de explosões
gigantes de estrelas massivas como supernovas, com apenas 30 km de tamanho.
Nestas esferas, a matéria é tão densamente compactada que, na Terra, uma
colher de chá do seu material pesaria tanto quanto uma montanha. As
estrelas de neutrões giram rapidamente em torno de si próprias. Algumas têm
campos magnéticos excecionalmente fortes.

Por exemplo, os FRBs podem ocorrer durante uma supernova - mas também
durante a fusão de duas estrelas de neutrões num sistema binário íntimo -
quando os campos magnéticos das duas estrelas individuais colapsam. Além
disso, uma estrela de neutrões pode entrar em colapso e formar um buraco
negro, emitindo uma explosão de rádio.

À primeira vista, estes "guiões" científicos parecem plausíveis. No
entanto, têm uma falha: preveem apenas um FRB de cada vez. "Se o flash foi
gerado num evento cataclísmico que destrói a fonte, apenas pode ser
esperado uma explosão por fonte," diz Laura Spitler. De facto, nos
primeiros anos, sempre houve explosões singulares - até 2014, quando
ocorreu o evento chamado FRB 121102. Em 2016, Spitler e a sua equipa
observaram que este era o primeiro "repetidor", uma explosão com pulsos
repetidos. "Isto refutou todos os modelos que explicam os FRBs como
consequência de um evento catastrófico," explica Spitler.

FRB 121102, descoberto no radiotelescópio Arecibo, foi também observado por
cientistas com o VLA (Very Large Array) no estado norte-americano do Novo
México. Após 80 horas de observações, registaram nove explosões e
determinaram a posição com uma precisão de um segundo de arco. Nesta
posição no céu, há uma fonte de rádio que irradia permanentemente; as
imagens óticas mostram uma galáxia ténue a cerca de 3 mil milhões de
anos-luz de distância.

Com um diâmetro de apenas 13.000 anos-luz, é uma galáxia anã; a Via Láctea
é cerca de dez vezes maior. "No entanto, nesta galáxia nascem muitas
estrelas novas e talvez até particularmente grandes. Isto pode ser uma
indicação da fonte das explosões de rádio," salienta Spitler.

A investigadora está a considerar os pulsares - "faróis" cósmicos que
emitem regularmente ondas de rádio. Por trás deles estão, novamente,
estrelas de neutrões com rápida rotação e com fortes campos magnéticos. Se
o eixo de rotação e o eixo do campo magnético de tal objeto se desviarem um
do outro, pode ser produzido um feixe de rádio. De cada vez que a "luz"
deste "farol" natural varre a Terra, os astrónomos medem um pulso curto.

A maioria das explosões dos pulsares de rádio são fracas demais para serem
detetadas a uma grande distância. Este não é o caso dos pulsos gigantes,
particularmente curtos e extremamente fortes. Um excelente exemplo desta
classe de objetos é o pulsar da Nebulosa do Caranguejo, um remanescente de
explosão de supernova observada no ano 1054. Os seus pulsos seriam visíveis
até de galáxias vizinhas.

"Um modelo promissor sugere que os FRBs são muito mais fortes e raros do
que os pulsos gigantes de estrelas de neutrões extragaláticas parecidas com
o pulsar da Nebulosa do Caranguejo. Ou mesmo mais jovens e energéticos como
este," diz Spitler. "A galáxia hospedeira de FRB 121102 encaixa neste
modelo porque tem o potencial de produzir as estrelas certas para se
tornarem estrelas de neutrões no final das suas vidas."

A confirmação deste modelo não está a ficar mais fácil. No entanto, as
observações continuam. Por exemplo, as antenas de rádio da rede europeia
VLBI examinaram outro repetidor no verão de 2019. FRB 180916.J0158+65
mostrou não menos que quatro surtos de radiação durante as cinco horas de
observação. Cada um durou menos de dois milissegundos.

O lar desta explosão de rádio é uma galáxia espiral a cerca de 500 milhões
de anos-luz de distância. Isto torna-o o FRB mais próximo até agora
observado, embora esta distância pareça "astronómica". Parece também haver
uma aparentemente alta taxa de natalidade estelar em torno da explosão.

A posição na galáxia difere da de todos os outros surtos investigados até
agora. Por outras palavras: aparentemente, os FRBs surgem em todos os tipos
de regiões cósmicas e ambientes diversos. "Esta é uma das razões pelas
quais ainda não está claro se todas as explosões têm o mesmo tipo de fonte
ou se são geradas pelos mesmos processos físicos," comenta Spitler.
"Continua o mistério das suas origens."

// Instituto Max Planck para Radioastronomia (comunicado de imprensa)
<https://www.mpg.de/14374055/the-riddle-of-the-heavenly-bursts>
// Um FRB de uma galáxia espiral (JIVE e EVN via YouTube)
<https://youtu.be/eKo-Jx3l418>


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*Saiba mais*

*FRB ("Fast Radio Burst"):*
Wikipedia <https://en.wikipedia.org/wiki/Fast_radio_burst>
Catálogo de FRBs (Universidade de Swinburne)
<http://www.astronomy.swin.edu.au/pulsar/frbcat/>

*Estrelas de neutrões:*
Wikipedia <http://en.wikipedia.org/wiki/Neutron_star>
Universidade de Maryland <http://www.astro.umd.edu/~miller/nstar.html>

*Radiotelescópio Parkes:*
CSIRO <http://www.parkes.atnf.csiro.au/>
Wikipedia <https://en.wikipedia.org/wiki/Parkes_Observatory>

*Observatório de Arecibo:*
Página oficial <http://www.naic.edu/>
Wikipedia <http://en.wikipedia.org/wiki/Arecibo_Observatory>

*VLA:*
Página oficial <http://www.vla.nrao.edu/>
NRAO <https://public.nrao.edu/>
Wikipedia <http://en.wikipedia.org/wiki/Very_Large_Array>

*Rede europeia VLBI:*
Página oficial <https://www.evlbi.org/>
Wikipedia <https://en.wikipedia.org/wiki/European_VLBI_Network>
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