Astrônomos de uma equipe internacional de pesquisa, incluindo cientistas do Departamento de Física da Universidade de Hong Kong (HKU), encontraram as evidências mais claras até agora de que alguns pulsos de rádio rápidos se originam em sistemas de estrelas binárias. Pulsos de rádio rápidos, ou FRBs, são flashes extremamente poderosos de ondas de rádio que duram apenas milissegundos e vêm de galáxias distantes. Até agora, acreditava-se amplamente que esses sinais se originavam de estrelas isoladas e únicas.
As novas descobertas mostram que pelo menos algumas das fontes de FRB fazem parte de pares estelares, com duas estrelas orbitando uma à outra. Esta descoberta reformula suposições de longa data sobre a origem e a produção desses sinais misteriosos.
A equipe fez a descoberta usando o Telescópio Esférico de Abertura de Quinhentos Metros (FAST) em Guizhou, amplamente conhecido como “Olho do Céu da China”. Ao observar um FRB repetido a aproximadamente 2,5 bilhões de anos-luz da Terra, os pesquisadores detectaram um sinal único que indicava a presença de uma estrela companheira próxima. Os resultados, publicados na revista Science, são baseados em quase 20 meses de monitoramento detalhado.
Um Sinal Raro Indica uma Estrela Companheira
As ondas de rádio carregam pistas sobre o espaço que atravessam, incluindo mudanças em sua polarização. Ao estudar essas mudanças, os astrônomos podem aprender sobre o ambiente que cerca a fonte de um FRB. Durante suas observações, a equipe detectou um evento incomum conhecido como ‘flare de RM’. Isso envolve uma mudança súbita e dramática nas propriedades de polarização do sinal de rádio.
Os pesquisadores acreditam que esse flare foi causado por uma ejeção de massa coronal (CME) de uma estrela companheira. Tal erupção liberaria uma nuvem de plasma denso e magnetizado, alterando temporariamente o espaço ao redor da fonte do FRB à medida que passava pela linha de visão.
“Esta descoberta fornece uma pista definitiva sobre a origem de pelo menos alguns FRBs repetidos”, disse o Professor Bing ZHANG, Professor Cátedra de Astrofísica do Departamento de Física e Diretor Fundador do Instituto de Astronomia e Astrofísica de Hong Kong na HKU, e autor correspondente do artigo. “As evidências apoiam fortemente um sistema binário contendo um magnetar — uma estrela de nêutrons com um campo magnético extremamente forte, e uma estrela similar ao nosso Sol.”
Por que os Pulsos de Rádio Rápidos Repetidos São Importantes
Pulsos de rádio rápidos liberam enormes quantidades de energia em um tempo muito curto, mesmo que durem apenas milissegundos. A maioria dos FRBs foi detectada apenas uma vez, tornando-os difíceis de estudar. No entanto, um grupo menor deles repete, oferecendo aos astrônomos oportunidades raras para rastrear mudanças ao longo do tempo e descobrir padrões.
Desde 2020, o FAST tem monitorado de perto FRBs repetidos por meio de um programa dedicado de Ciência Chave de FRB co-dirigido pelo Professor Bing Zhang. Uma dessas fontes, conhecida como FRB 220529A, tornou-se central para a nova descoberta.
“O FRB 220529A foi monitorado por meses e inicialmente parecia nada notável”, disse o Professor Bing Zhang. “Então, após uma observação de longo prazo por 17 meses, algo verdadeiramente empolgante aconteceu.”
Acompanhando uma Mudança Súbita no Sinal
Os FRBs são conhecidos por terem quase 100% de polarização linear. À medida que as ondas de rádio passam por plasma magnetizado, o ângulo de sua polarização muda dependendo da frequência, um processo chamado de rotação de Faraday. Esse efeito é medido utilizando um valor conhecido como medida de rotação (RM).
“Perto do final de 2023, detectamos um aumento abrupto de RM em mais de cem vezes”, disse a Dra. Ye LI do Observatório de Montanha Roxa e da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, a primeira autora do artigo.
“A RM então caiu rapidamente ao longo de duas semanas, voltando ao seu nível anterior. Chamamos isso de ‘flare de RM’.
Essa mudança breve, mas extrema, é consistente com uma nuvem densa de plasma magnetizado cruzando o caminho entre o FRB e a Terra.
“Uma explicação natural é que uma estrela companheira ejetou esse plasma”, explicou o Professor Bing Zhang.
“Esse modelo é bem interpretativo em relação às observações”, disse o Professor Yuanpei YANG, professor da Universidade de Yunnan e co-primeiro autor do artigo. “O aglomerado de plasma necessário é consistente com CMEs lançados pelo Sol e outras estrelas na Via Láctea.”
Embora a própria estrela companheira não possa ser diretamente vista a essa vasta distância, sua presença se tornou clara por meio de observações contínuas de rádio usando o FAST e o telescópio Parkes da Austrália.
Um Quadro Mais Amplo de Pulsos de Rádio Rápidos
“Esta descoberta foi possibilitada pelas perseverantes observações utilizando os melhores telescópios do mundo e pelo incansável trabalho de nossa dedicada equipe de pesquisa”, disse o Professor Xuefeng WU do Observatório de Montanha Roxa e da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, o autor correspondente principal.
As descobertas também apoiam um quadro teórico mais amplo proposto pelo Professor Bing Zhang e seu colaborador. Neste modelo, todos os FRBs são produzidos por magnetares, enquanto interações dentro de sistemas binários ajudam a criar condições que permitem que algumas dessas fontes emitam pulsos repetidos com mais frequência. O monitoramento contínuo de longo prazo pode ajudar os cientistas a determinar quão comuns são os sistemas binários entre as fontes de FRB.
Colaboração e Apoio
A pesquisa envolveu cientistas da HKU, Observatório de Montanha Roxa, Universidade de Yunnan, Observatórios Astronômicos Nacionais da Academia Chinesa de Ciências e outras instituições. O Professor Xuefeng Wu (Observatório de 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 co-autores correspondentes.
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 Projeto de Ciência Chave de FRB do FAST (W.-W. Zhu e B. Zhang como co-PI), um programa DDT do FAST (coordenado por X.-F. Wu e P. Jiang) e projetos separadamente financiados pelo FAST e Parkes (PIs: Y. Li e S. B. Zhang).