As rajadas rápidas de rádio (FRBs) são as rajadas de rádio mais poderosas e distantes já criadas, e o Telescópio Espacial Hubble revelou o estranho local de nascimento desta explosão supergrande. Os astrônomos descobriram que as explosões rápidas de rádio não se originam de uma galáxia, mas de um grupo de galáxias que estão a caminho de uma possível fusão.

No verão de 2022, os astrônomos detectaram a explosão rápida de rádio (FRB) mais poderosa já observada. Ele vem de um lugar que remonta a meio caminho do Big Bang e é a explosão rápida de rádio mais distante já descoberta.

Agora, astrónomos liderados pela Universidade Northwestern identificaram o local de nascimento deste objeto extraordinário – e é de facto bastante peculiar.

Usando imagens obtidas pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA, os investigadores rastrearam o FRB até ao seu local de nascimento e descobriram que não veio de uma galáxia, mas de um grupo de galáxias composto por pelo menos sete galáxias. As galáxias deste grupo parecem estar a influenciar-se mutuamente - e podem até estar a caminhar para uma potencial fusão. Tais aglomerados de galáxias são muito raros e podem ser as condições que desencadeiam FRBs. A descoberta inesperada pode desafiar os modelos científicos de como e por que surgem os FRBs.

Imagem do Telescópio Espacial Hubble da galáxia hospedeira da explosão de rádio rápida e incomumente poderosa FRB20220610A. A sensibilidade e clareza do Hubble revelam um grupo compacto de galáxias que podem estar se fundindo. Eles existiam quando o universo tinha apenas 5 bilhões de anos. FRB20220610A foi detectado pela primeira vez pelo radiotelescópio Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) na Austrália Ocidental em 10 de junho de 2022. O Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul no Chile confirmou que o FRB veio de um lugar distante. Fonte da imagem: NASA, ESA, STScI, AlexaGordon (Northwestern University)

"Sem a imagem do Hubble, se esta FRB vem de uma única galáxia ou de algum tipo de galáxia em interação permanece um mistério", disse Alexa Gordon, da Northwestern University, que liderou o estudo. “São estes tipos de ambientes – estes ambientes estranhos – que nos levam a compreender melhor o mistério das FRBs.”

Gordon apresentou a pesquisa na 243ª reunião da Sociedade Astronômica Americana em Nova Orleans, Louisiana. Em 9 de janeiro, como parte da conferência "Fenômenos de alta energia e suas origens", Gordon proferiu uma palestra intitulada "Revelando o ambiente das explosões rápidas de rádio mais distantes com o Telescópio Espacial Hubble".

Gordon é estudante de graduação em astronomia na Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern, onde é orientada pelo coautor do estudo Wenhui Fang, professor associado de física e astronomia. Fang Wenhui e Gordon também são membros do Centro de Exploração e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica (CIERA).

Nasceu de uma bola de esferas?

Estourando e desaparecendo em milissegundos, os FRBs são rajadas de rádio curtas e poderosas que produzem mais energia em uma única rajada rápida do que o Sol libera em um ano inteiro. Este FRB recorde (apelidado de FRB20220610A) é ainda mais extremo do que seus antecessores.

Não só é quatro vezes mais energético que o FRB mais próximo, como também é o FRB mais distante já descoberto. Quando FRB20220610A surgiu, o universo tinha apenas 5 mil milhões de anos (em comparação com a idade atual de 13,8 mil milhões de anos).

Imagem do Telescópio Espacial Hubble da galáxia hospedeira da explosão de rádio rápida e incomumente poderosa FRB20220610A. A sensibilidade e clareza do Hubble revelam um grupo compacto de galáxias que podem estar se fundindo. Eles existiam quando o universo tinha apenas 5 bilhões de anos. FRB20220610A foi detectado pela primeira vez pelo radiotelescópio Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) na Austrália Ocidental em 10 de junho de 2022. O Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul no Chile confirmou que o FRB veio de um lugar distante. Fonte: NASA, ESA, STScI, AlexaGordon (Northwestern University)

Nas primeiras observações, a explosão parecia ter origem perto de uma esfera amorfa não identificável, que os astrónomos inicialmente pensaram ser uma única galáxia irregular ou um aglomerado de três galáxias distantes. Mas, numa nova reviravolta, as imagens nítidas do Hubble mostram agora que o orbe pode conter pelo menos sete galáxias, todas muito próximas umas das outras. Na verdade, estas galáxias estão tão próximas umas das outras que se espremeriam directamente na nossa Via Láctea.

“Há alguns sinais de que os membros destes grupos de galáxias estão ‘interagindo’”, disse Fong. "Por outras palavras, podem estar a trocar matéria, ou podem estar a avançar para fusões. Estes grupos de galáxias (chamados grupos de galáxias compactas) são ambientes extremamente raros no Universo e são as estruturas mais densas à escala galáctica que conhecemos."

“Esta interação pode ter desencadeado uma explosão de formação estelar”, disse Gordon. "Isto pode indicar que o ancestral do FRB20220610A estava relacionado com uma população relativamente nova de estrelas, o que é consistente com o que sabemos de outros FRBs."

"Embora centenas de eventos FRB tenham sido descobertos até agora, apenas uma pequena fração deles foi identificada nas suas galáxias hospedeiras," disse Dong Yuxin (Vic), coautor do estudo, estudante de doutoramento em astronomia na Fundação Nacional de Ciências Naturais da Divisão de Investigação de Pós-Graduação da China, estudante de doutoramento em astronomia no Laboratório Fong e membro do CIERA. "Desta pequena fração, apenas alguns vêm de ambientes galácticos densos, mas nunca foram vistos num grupo de galáxias tão compacto. Portanto, o seu local de nascimento é de facto muito raro."

explosão misteriosa

Embora os astrónomos tenham descoberto cerca de 1.000 FRBs desde que foram descobertos pela primeira vez em 2007, a fonte por detrás destes flashes ofuscantes continua difícil de identificar. Embora os astrônomos ainda não tenham chegado a um consenso sobre os possíveis mecanismos por trás das FRBs, eles geralmente concordam que as FRBs devem envolver um objeto compacto, como um buraco negro ou uma estrela de nêutrons.

Ao revelar a verdadeira natureza das FRBs, os astrônomos podem compreender não apenas este fenômeno misterioso, mas também a verdadeira natureza do próprio universo. Quando as ondas de rádio das FRBs finalmente encontram nossos telescópios, elas já viajaram bilhões de anos desde o distante Universo primitivo. Durante sua jornada pelo universo, eles interagem com a matéria ao longo do caminho.

“As ondas de rádio, em particular, são sensíveis a qualquer matéria interferente desde a localização do FRB até a nossa linha de visão”, disse Fong. "Isto significa que a onda de rádio tem de passar através de qualquer nuvem de material que rodeia o local da FRB, através da sua galáxia hospedeira, através do Universo e, finalmente, através da Via Láctea. Através do atraso do próprio sinal FRB, podemos medir a soma de todas estas contribuições."

Para continuar a explorar as FRBs e as suas origens, os astrónomos precisam de detectar e estudar mais FRBs. Gordon disse que à medida que a tecnologia continua a melhorar a sensibilidade, mais detecções – potencialmente até capturando FRBs extremamente fracos – estão ao virar da esquina.

“Com amostras de FRB mais distantes, podemos começar a estudar a evolução das FRBs e suas propriedades hospedeiras, conectá-las a FRBs mais próximas e talvez começar a identificar populações mais estranhas”, disse Dong.

Num futuro próximo, as experiências de FRB aumentarão a sua sensibilidade, permitindo que o número de FRBs detectados a estas distâncias cresça a um ritmo sem precedentes. Os astrónomos aprenderão em breve quão especial é o ambiente deste FRB.

Fonte compilada: ScitechDaily