Uma equipa internacional de astrónomos, incluindo cientistas do Departamento de Física da Universidade de Hong Kong, encontrou a evidência mais clara de que algumas explosões rápidas de rádio têm origem em sistemas estelares binários. Explosões rápidas de rádio (FRBs) são flashes extremamente poderosos de ondas de rádio que duram apenas alguns milissegundos e vêm de galáxias distantes. Até agora, acreditava-se geralmente que estes sinais vinham de uma única estrela isolada.
As novas descobertas sugerem que pelo menos algumas fontes de FRB fazem parte de um par de estrelas, duas estrelas que orbitam uma à outra. A descoberta reformula suposições de longa data sobre de onde e como vêm esses sinais misteriosos.
A equipe alcançou um avanço usando o Telescópio Esférico de Abertura de Quinhentos Metros de Guizhou (FAST), conhecido como o “Olho do Céu da China”. Ao observarem explosões rápidas de rádio 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. Os resultados, publicados na revista Science, baseiam-se em quase 20 meses de monitoramento detalhado.
Sinais raros apontam para estrela companheira
As ondas de rádio trazem pistas sobre o espaço por onde viajam, incluindo mudanças na polarização. Ao estudar estas mudanças, os astrónomos podem aprender sobre o ambiente que rodeia a fonte FRB. Durante as suas observações, a equipe descobriu um evento incomum conhecido como “flare RM”. Isto envolve mudanças repentinas e drásticas nas propriedades de polarização dos sinais de rádio.
Os pesquisadores acreditam que a explosão foi causada por uma ejeção de massa coronal (CME) de uma estrela companheira. Tal erupção libera uma densa nuvem de plasma magnetizado que altera temporariamente o espaço ao redor da fonte FRB à medida que ela passa pela linha de visão.
“Esta descoberta fornece pistas claras sobre a origem de pelo menos algumas explosões rápidas de rádio,” disse o Professor Zhang Bing, Professor Catedrático de Astrofísica no Departamento de Física da Universidade de Hong Kong, Diretor Fundador do Instituto de Astronomia e Astrofísica de Hong Kong, e autor correspondente do artigo. “A evidência apoia fortemente um sistema estelar binário contendo um magnetar – uma estrela de nêutrons com um campo magnético extremamente forte e uma estrela como o nosso Sol.”
Por que a repetição de 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 alguns milissegundos. A maioria dos FRBs são detectados apenas uma vez, tornando-os difíceis de estudar. No entanto, um pequeno grupo reaparece, dando aos astrónomos uma rara oportunidade de acompanhar mudanças ao longo do tempo e detectar padrões.
Desde 2020, a FAST tem monitorado de perto FRBs duplicados por meio de um projeto científico crítico dedicado de FRB, co-liderado pelo Professor Zhang Bing. Uma dessas fontes, chamada FRB 220529A, está no centro da nova descoberta.
“Após vários meses de monitoramento, o FRB 220529A inicialmente não parecia anormal”, disse o professor Zhang Bing. “Então, após 17 meses de observação de longo prazo, algo realmente emocionante aconteceu.”
Rastreie mudanças repentinas nos sinais
Os FRBs são conhecidos por terem quase 100% de polarização linear. À medida que as ondas de rádio passam através de um plasma magnetizado, seu ângulo de polarização muda dependendo da frequência, um processo denominado rotação de Faraday. Este efeito é medido usando um valor denominado medição rotacional (RM).
“No final de 2023, detectamos um aumento repentino de mais de cem vezes no RM”, disse o Dr. Li Ye, primeiro autor do artigo do Observatório da Montanha Púrpura e da Universidade de Ciência e Tecnologia da China.
“Então o RM cai rapidamente de volta ao seu nível anterior dentro de duas semanas. Chamamos isso de ‘explosão do RM’.”
Esta breve mas extrema mudança é consistente com uma densa nuvem de plasma magnetizado cruzando o caminho entre a rápida explosão de rádio e a Terra.
“Uma explicação natural é que uma estrela companheira próxima ejeta este plasma”, explicou o professor Zhang Bing.
“Tal modelo pode explicar muito bem as observações”, disse o professor Yang Yuanpei, co-autor do artigo e professor da Universidade de Yunnan. “Os aglomerados de plasma necessários são consistentes com as ejeções de massa coronal emitidas pelo Sol e outras estrelas da Via Láctea.”
Embora a estrela companheira em si não possa ser vista diretamente a uma distância tão grande, a sua presença tornou-se clara através de contínuas observações de rádio do FAST e do Telescópio Parkes da Austrália.
Uma imagem mais ampla de rajadas rápidas de rádio
O primeiro autor correspondente, Professor Wu Xuefeng, do Observatório da Montanha Roxa e da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, disse: “Esta descoberta foi possível através de observações persistentes usando os melhores telescópios do mundo e dos esforços incansáveis da nossa dedicada equipe de pesquisa.”
As descobertas também apoiam o quadro teórico mais amplo proposto pelo Professor Zhang Bing e seus colaboradores. Neste modelo, todas as rajadas rápidas de rádio são produzidas por magnetares, e as interações dentro de sistemas estelares binários ajudam a criar condições para que algumas dessas fontes emitam rajadas repetidas com mais frequência. O monitoramento contínuo de longo prazo pode ajudar os cientistas a determinar quão comuns são os sistemas binários entre as fontes FRB.
Colaboração e suporte
A pesquisa envolveu cientistas da Universidade de Hong Kong, do Observatório da Montanha Púrpura, da Universidade de Yunnan, do Observatório Astronômico Nacional da Academia Chinesa de Ciências e de outras instituições. O professor Wu Xuefeng do Observatório da Montanha Roxa, o professor Jiang Peng e Zhu Weiwei do Observatório Astronômico Nacional e o professor Zhang Bing do Departamento de Física da Universidade de Hong Kong são os co-autores.
O financiamento veio da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China e de outras subvenções nacionais e internacionais. Os tempos de observação foram fornecidos pelo FAST FRB Key Science Project (W.-W. Zhu e B. Zhang como PIs conjuntos), pelo projeto FAST DDT (coordenado por X.-F. Wu e P. Jiang) e pelos projetos separados FAST e Parkes PI (PIs: Y. Li e SB Zhang).
