Astrónomos de uma equipa de investigação internacional, incluindo cientistas do Departamento de Física da Universidade de Hong Kong (HKU), encontraram a evidência mais clara de que algumas explosões rápidas de rádio têm origem em sistemas estelares binários. Explosões rápidas de rádio, ou FRBs, são flashes extremamente poderosos de ondas de rádio que duram apenas milissegundos e vêm de galáxias distantes. Até agora, presumia-se que estes sinais vinham de uma única estrela isolada.
As novas descobertas mostram que pelo menos algumas fontes de FRB fazem parte de pares estelares, duas estrelas orbitando uma à outra. A descoberta reformula suposições de longa data sobre a origem desses sinais misteriosos e como eles são produzidos
A equipe obteve sucesso usando o Telescópio Esférico de Abertura de Quinhentos Metros (FAST) em Guizhou, amplamente conhecido como “China Sky Eye”. Ao observarem uma FRB repetida a cerca de 2,5 mil milhões de anos-luz da Terra, os investigadores detectaram um sinal único indicando a presença de uma estrela companheira próxima. As descobertas, publicadas na Science, baseiam-se em quase 20 meses de observações detalhadas.
Um sinal raro aponta para uma estrela companheira
As ondas de rádio trazem pistas sobre o espaço por onde viajam, incluindo mudanças na sua polarização. Ao estudar estas mudanças, os astrónomos podem aprender sobre o ambiente em torno de uma fonte FRB. Durante as suas observações, a equipa detectou um fenómeno invulgar conhecido como ‘RM flare’. Envolve uma mudança repentina e dramática nas características de polarização do sinal de rádio.
Os pesquisadores acreditam que a explosão foi causada por uma ejeção de massa coronal (CME) de uma estrela companheira. Tal erupção emitiria uma nuvem de plasma denso e 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 repetidas”, disse o professor Bing Zhang, professor catedrático de astrofísica no Departamento de Física e diretor fundador do Instituto de Astronomia e Astrofísica de Hong Kong da HKU, e autor do artigo. “A evidência apoia fortemente um sistema binário contendo um magnetar – uma estrela de nêutrons com um campo magnético muito forte e uma estrela semelhante ao nosso Sol”.
Por que repetir rajadas rápidas de rádio é importante
Explosões rápidas de rádio liberam grandes quantidades de energia em um período muito curto de tempo, embora durem apenas milissegundos. A maioria dos FRBs foi detectada apenas uma vez, o que os torna difíceis de estudar. Um pequeno grupo, no entanto, repete-se, dando aos astrónomos uma rara oportunidade de acompanhar as mudanças ao longo do tempo e descobrir padrões.
Desde 2020, o FAST tem monitorado intensamente FRBs repetidos por meio de um Programa Científico Chave FRB dedicado, co-liderado pelo Professor Bing Zhang. Uma dessas fontes, conhecida como FRB 220529A, tornou-se o foco da nova descoberta.
“FRB 220529A foi observado durante vários meses e inicialmente parecia extraordinário”, disse o professor Bing Zhang. “Então, após 17 meses de monitoramento de longo prazo, algo realmente emocionante aconteceu”.
Rastreando uma mudança repentina no sinal
Sabe-se que os FRBs têm quase 100% de polarização linear. À medida que as ondas de rádio passam pelo plasma magnetizado, seu ângulo de polarização muda dependendo da frequência, um processo denominado rotação de Faraday. Este efeito é medido usando um padrão conhecido como medição de rotação (RM).
“No final de 2023, detectamos um aumento repentino de RM por um fator de mais de cem”, 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 declina rapidamente em duas semanas, retornando aos níveis anteriores. Chamamos isso de ‘aumento do RM’.
Esta breve mas extrema mudança é consistente com uma densa nuvem de plasma magnetizado cruzando o caminho entre o FRB e a Terra.
“Uma explicação natural é que uma estrela companheira próxima ejetou este plasma”, explica o professor Bing Zhang.
“Tal modelo funciona bem para explicar as observações”, disse o professor Yuanpei Yang, professor da Universidade de Yunnan e co-autor do artigo. “O aglomerado essencial de plasma é consistente com CMEs iniciadas pelo Sol e outras estrelas da Via Láctea.”
Embora a estrela companheira em si não seja diretamente visível a uma distância tão grande, a sua presença tornou-se clara através de observações de rádio contínuas usando o FAST e o telescópio Parkes da Austrália.
Uma imagem abrangente de rajadas rápidas de rádio
“Esta descoberta foi possível graças a observações diligentes usando os melhores telescópios do mundo e ao trabalho incansável da nossa dedicada equipa de investigação”, disse o principal autor correspondente Xuefeng Wu, professor do Observatório da Montanha Púrpura e da Universidade de Ciência e Tecnologia da China.
As descobertas apoiam um quadro teórico mais amplo proposto pelo professor Bing Zhang e colegas. Neste modelo, todos os FRBs são produzidos por ímãs, enquanto as interações entre sistemas binários ajudam a criar as condições que permitem que algumas dessas fontes emitam rajadas mais frequentes. Observações contínuas de longo prazo podem ajudar os cientistas a determinar quão comuns são os sistemas binários entre as fontes FRB.
Cooperação e apoio
A pesquisa envolveu 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. O professor Xuefeng Wu (Observatório da Montanha Roxa), o professor Peng Xiang e Weiwei Zhu (Observatório Astronômico Nacional) e o professor Bing Zhang do Departamento de Física da HKU atuaram como co-autores.
O financiamento veio da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, com subsídios nacionais e internacionais adicionais. O tempo de observação foi fornecido pelo FAST FRB Key Science Project (W.-W. Zhu e B. Zhang Co-PIs), um programa FAST DDT (coordenado por X.-F. Wu e P. Jiang) e projetos separados FAST e Parkes PI (PIs: Y. Li e SB Zhang).
