Hubble rastrea ráfagas de radio rápidas hasta los brazos espirales de las galaxias

Los astrónomos que utilizan el telescopio espacial Hubble de la NASA han rastreado el desplazamiento de cinco breves y potentes emisiones de radio hasta los brazos espirales de cinco galaxias distantes.

Llamados ráfagas de radio rápidas (FRB), estos eventos extraordinarios generan tanta energía en una milésima de segundo, como lo hace el Sol en un año. Debido a que estos pulsos de radio transitorios desaparecen en mucho menos de un abrir y cerrar de ojos, los investigadores han tenido dificultades para rastrear de dónde provienen y determinar qué tipo de objeto u objetos los están causando. Por lo tanto, la mayoría de las veces, los astrónomos no saben exactamente dónde buscar.

Los astrónomos que utilizan el telescopio espacial Hubble han rastreado dos breves y potentes ráfagas de radio hasta los brazos espirales de las dos galaxias que se muestran arriba. Las dos imágenes de la izquierda muestran las instantáneas completas de cada galaxia. Las dos imágenes a la derecha (mejoradas digitalmente) muestran la estructura espiral de cada galaxia con más detalle. Los nombres de catálogo de las ráfagas son FRB 190714 (fila superior) y FRB 180924 (fila inferior). Las galaxias están lejos de la Tierra, apareciendo como eran hace miles de millones de años. Las líneas ovaladas de puntos en cada una de las cuatro imágenes marcan la ubicación de las brillantes ráfagas de radio.
Créditos: CIENCIA: NASA, ESA, Alexandra Mannings (UC Santa Cruz), Wen-fai Fong (Noroeste) PROCESAMIENTO DE IMÁGENES: Alyssa Pagan (STScI).

Localizar de dónde provienen estas explosiones y, en particular, en qué galaxias se originan, es importante para determinar qué tipo de eventos astronómicos desencadenan destellos de energía tan intensos. La nueva observación del Hubble de ocho FRB ayuda a los investigadores a reducir la lista de posibles fuentes de FRB.

 Parpadeo en la oscuridad

El primer FRB fue descubierto mediante un conjunto de datos archivados que fueron registrados por el observatorio de radio Parkes el 24 de julio de 2001. Desde entonces, los astrónomos han descubierto hasta 1.000 FRB, pero solo han podido asociar aproximadamente 15 de ellas a galaxias concretas.

“Nuestros resultados son nuevos y emocionantes. Esta es la primera vista en alta resolución de una población de FRB, y Hubble revela que cinco de ellos están localizados cerca o en los brazos espirales de una galaxia”, dijo Alexandra Mannings de la Universidad de California, Santa Cruz, autora principal del estudio. “La mayoría de las galaxias son masivas, relativamente jóvenes y aún están formando estrellas. Las imágenes nos permiten tener una idea más aproximada de las propiedades generales de la galaxia anfitriona, como su masa y tasa de formación de estrellas, así como corroborar lo que está sucediendo en el lugar de la FRB, porque el Hubble tiene una gran resolución”.

En el estudio del Hubble los astrónomos también identificaron los tipos de ubicaciones desde las que se originaron las FRB. Hubble observó una de esas ubicaciones en 2017 y las otras siete en 2019 y 2020.

“No sabemos qué causa las FRB, por lo que es muy valioso usar el contexto cuando lo tenemos”, dijo el miembro del equipo Wen-fai Fong de la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois. “Esta técnica ha funcionado muy bien para identificar los orígenes de otros tipos de eventos, como supernovas y estallidos de rayos gamma. El Hubble también jugó un papel importante en esos estudios”.

Las galaxias que estudió el Hubble existieron hace miles de millones de años. Por ello, los astrónomos están observando las galaxias como eran cuando el universo tenía aproximadamente la mitad de su edad actual.

Muchas de ellas son tan masivas como nuestra Vía Láctea. Las observaciones se realizaron en luz ultravioleta e infrarroja cercana, con la cámara de campo amplio 3 del Hubble.

La luz ultravioleta traza el brillo de las estrellas jóvenes a lo largo de los brazos sinuosos de una galaxia espiral. Los investigadores utilizaron las imágenes del infrarrojo cercano para calcular la masa de las galaxias y encontrar dónde residen las poblaciones de estrellas más antiguas.

Buscando en los vecindarios enigmáticas ráfagas de radio rápidas (FRB), los astrónomos que usaron el telescopio espacial Hubble, rastrearon cuatro de ellas hasta los brazos espirales de cada una. Las ráfagas están catalogadas como FRB 190714 (arriba a la izquierda), FRB 191001 (arriba a la derecha), FRB 180924 (abajo a la izquierda) y FRB 190608 (abajo a la derecha). Debido a que estos pulsos de radio desaparecen en mucho menos de un abrir y cerrar de ojos, los investigadores han tenido dificultades para rastrear de dónde provienen. Con la ayuda de la visión nítida del Hubble, los astrónomos señalaron sus ubicaciones (indicadas por las líneas ovaladas punteadas) en los brazos espirales de las galaxias.
Créditos:
Ciencia: NASA, ESA, Alexandra Mannings (UC Santa Cruz), Wen-fai Fong (Noroeste).
Procesamiento de imágenes: Alyssa Pagan (STScI).
Ubicación, ubicación, ubicación

Las imágenes muestran una diversidad de estructuras de brazos en espiral, desde las más apretadas hasta las más difusas, revelando cómo se distribuyen las estrellas a lo largo de estas características prominentes. Los brazos espirales de una galaxia trazan la distribución de estrellas jóvenes y masivas. Sin embargo, las imágenes del Hubble revelan que las FRB que se encuentran cerca de los brazos espirales, no provienen de las regiones más brillantes, que resplandecen con la luz de grandes estrellas. Las imágenes ayudan a respaldar una imagen de que las FRB probablemente no se originan en las estrellas más jóvenes y masivas.

Estas pistas ayudaron a los investigadores a descartar algunos de los posibles desencadenantes de los tipos de estas llamaradas brillantes, incluidas las muertes explosivas de las estrellas más jóvenes y masivas, que generan estallidos de rayos gamma y algunos tipos de supernovas. Otra fuente poco probable es la fusión de estrellas de neutrones. Estas fusiones tardan miles de millones de años en ocurrir y generalmente se encuentran lejos de los brazos espirales de galaxias más antiguas que ya no están formando estrellas.


Monstruos magnéticos

Los resultados del equipo del Hubble, sin embargo, son consistentes con el modelo principal de que las FRB se originan a partir de explosiones de magnetares jóvenes. Los magnetares son un tipo de estrella de neutrones con poderosos campos magnéticos. Se dice que son los imanes más fuertes del universo, ya que poseen un campo magnético que es 10 billones de veces más poderoso que el imán de la puerta de un refrigerador. El año pasado, los astrónomos vincularon las observaciones de una FRB detectada en nuestra galaxia, la Vía Láctea, con una región donde reside un magnetar conocido.

Las ráfagas de radio rápidas, o FRB, son eventos extraordinarios que generan tanta energía en una milésima de segundo como lo hace el Sol en todo un año. Los astrónomos que utilizan el telescopio espacial Hubble de la NASA han rastreado la ubicación de cinco breves y poderosas FRB, que están cerca o en los propios brazos espirales de sus galaxias anfitrionas. La investigación ayudó a descartar algunos de los posibles objetos estelares que originalmente se pensaba que causaban estos destellos brillantes.
Créditos: Goddard Space Flight Center de la NASA.

“Debido a sus fuertes campos magnéticos, los magnetares son bastante impredecibles”, explicó Fong. “En este caso, se cree que las FRB provienen de las emisiones de un magnetar joven. Las estrellas masivas despues de su evolución estelar se convierten en estrellas de neutrones, algunas de las cuales pueden magnetizarse fuertemente, lo que lleva a explosiones y procesos magnéticos en sus superficies, que pueden emitir en radio. Nuestro estudio encaja con esa imagen”.

Las observaciones también ayudaron a los investigadores a fortalecer la asociación de las FRB con galaxias masivas en formación de estrellas. Las observaciones terrestres anteriores de algunas posibles galaxias anfitrionas de FRB, no detectaron con tanta claridad la estructura subyacente, como los brazos espirales, en muchas de ellas. Los astrónomos, por lo tanto, no pudieron descartar la posibilidad de que las FRB se originen en una galaxia enana oculta debajo de una masiva. En el nuevo estudio del Hubble, el procesamiento y análisis cuidadosos de las imágenes permitió a los investigadores descartar galaxias enanas subyacentes, según el coautor Sunil Simha de la Universidad de California en Santa Cruz.

Aunque los resultados del Hubble son emocionantes, los investigadores dicen que necesitan más observaciones para desarrollar una imagen definitiva de estos destellos enigmáticos y localizar mejor su origen. “Este es un campo tan nuevo y emocionante”, dijo Fong. “Encontrar la localización de estos eventos es una pieza importante del rompecabezas, y una pieza única en comparación con lo que se ha hecho hasta ahora. Esta es una contribución única del Hubble”.
Los resultados del equipo aparecerán en un próximo número de The Astrophysical Journal.

El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Space Telescope Science Institute (STScI) en Baltimore, Maryland, lleva a cabo las operaciones científicas del Hubble. STScI es operado para la NASA por la Association of Universities for Research in Astronomy en Washington, D.C.

Edición: R. Castro.