Astrónomos de uma equipa de investigação internacional, incluindo cientistas do Departamento de Física da Universidade de Hong Kong (HKU), encontraram a evidência mais forte até agora de que algumas explosões rápidas de rádio têm origem em sistemas estelares binários. Fast Radio Bursts, ou FRBs, são explosões extremamente poderosas de ondas de rádio que duram apenas um milissegundo e se originam em galáxias distantes. Até agora, pensava-se que estes sinais vinham de estrelas únicas e isoladas.
As novas descobertas mostram que pelo menos algumas fontes de FRB fazem parte de pares estelares nos quais duas estrelas orbitam uma à outra. A descoberta derruba suposições de longa data sobre a origem destes sinais misteriosos e como são criados.
A equipe fez a descoberta com o Telescópio Esférico de Abertura de Quinhentos Metros (FAST) em Guizhou, comumente conhecido como o “Olho Chinês do Céu”. Observando uma FRB repetida a cerca de 2,5 mil milhões de anos-luz da Terra, os investigadores detectaram um sinal único que indicava a presença de uma estrela companheira próxima. Os resultados, publicados na Science, baseiam-se em quase 20 meses de observação detalhada.
Um sinal raro aponta para uma estrela satélite
As ondas de rádio trazem pistas sobre o espaço através do qual viajam, incluindo mudanças na sua polarização. Ao estudar estas mudanças, os astrónomos podem aprender sobre o ambiente da fonte FRB. Durante as suas observações, a equipe descobriu um evento incomum conhecido como “RM flare”. Isto implica uma mudança repentina e acentuada nas propriedades de polarização do sinal de rádio.
Os pesquisadores acreditam que esta explosão foi causada por uma ejeção de massa coronal (CME) de uma estrela satélite. Tal erupção liberaria uma nuvem de plasma denso magnetizado, alterando temporariamente o espaço ao redor da fonte FRB à medida que ela passasse pela linha de visão.
“Esta descoberta fornece uma pista definitiva sobre a origem de pelo menos algumas FRBs recorrentes,” disse o Professor Bing Zhang, Professor de Astrofísica no Departamento de Física e Diretor Fundador do Instituto de Astronomia e Astrofísica de Hong Kong na HKU e autor 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 as transmissões de rádio rápidas e repetitivas são importantes
Explosões rápidas de rádio liberam enormes quantidades de energia em um tempo muito curto, mesmo que durem apenas um milissegundo. A maioria dos FRBs foi detectada apenas uma vez, o que os torna difíceis de estudar. Um grupo mais pequeno, no entanto, repete-se, dando aos astrónomos raras oportunidades de acompanhar mudanças ao longo do tempo e detectar padrões.
Desde 2020, a FAST monitora de perto FRBs recorrentes por meio de um programa dedicado de ciência chave de FRB liderado pelo professor Bing Zhang. Uma dessas fontes, conhecida como FRB 220529A, é central para a nova descoberta.
“FRB 220529A foi observado há vários meses e inicialmente parecia normal”, disse o professor Bing Zhang. “Então, após um acompanhamento de longo prazo durante 17 meses, algo realmente emocionante aconteceu.”
Rastreando a mudança repentina no sinal
Os FRBs são conhecidos por terem quase 100% de polarização linear. Quando as ondas de rádio passam através de um plasma magnetizado, seu ângulo de polarização muda em função da frequência, um processo denominado rotação de Faraday. Este efeito é medido usando um valor conhecido como medida de rotação (RM).
“Perto do final de 2023, encontramos um aumento dramático no RM de mais de cem vezes”, disse o Dr. Ye LI, do Observatório da Montanha Púrpura e da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, primeiro autor do artigo.
“O RM caiu rapidamente em duas semanas, retornando ao seu nível anterior. Chamamos isso de “flash RM”.
Esta breve mas dramática mudança corresponde a uma densa nuvem de plasma magnetizado cruzando o caminho entre o FRB e a Terra.
“Uma explicação natural é que uma estrela satélite próxima ejetou este plasma”, explicou o professor Bing Zhang.
“Tal modelo funciona bem para a interpretação de observações”, disse o professor Yuanpei YANG, professor da Universidade de Yunnan e um dos autores 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 a uma distância tão grande, a sua presença foi evidenciada por observações de rádio de longo prazo realizadas pelo FAST e pelo Telescópio Parkes da Austrália.
O panorama geral das rajadas rápidas de rádio
“Esta descoberta foi possível graças a observações persistentes usando os melhores telescópios do mundo e ao trabalho incansável da nossa dedicada equipa de investigação”, disse o autor principal, Professor Xuefeng Wu, do Observatório da Montanha Púrpura e da Universidade de Ciência e Tecnologia da China.
As descobertas também apoiam o quadro teórico mais amplo proposto pelo professor Bing Zhang e colegas. Neste modelo, todos os FRBs são produzidos por magnetares, enquanto as interações em binários ajudam a criar as condições que permitem que algumas dessas fontes emitam rajadas repetitivas com mais frequência. O monitoramento contínuo de longo prazo pode ajudar os cientistas a determinar quão comuns são os binários entre as fontes FRB.
Cooperação e apoio
Cientistas da HKU, do Observatório da Montanha Púrpura, da Universidade de Yunnan, do Observatório Astronômico Nacional da Academia Chinesa de Ciências e de outras instituições participaram do estudo. 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 coautores.
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-PI), o programa FAST DDT (coordenado por X.-F. Wu e P. Jiang) e projetos individuais FAST e Parkes PI (PI: Y. Li e SB Zhang).
