Misteriosa rajada de ondas de rádio do espaço está estranhamente próxima

Uma rajada rápida de rádio, um dos fenômenos mais enigmáticos vistos por astrônomos, foi detectada entre uma população próxima de estrelas antigas.

Publicado 1 de jun. de 2021 12:33 BRT
M81 Galaxy

A galáxia M81 é uma das mais brilhantes do céu noturno, e um aglomerado de estrelas próximo a ela, localizado a 11,7 milhões de anos-luz da Terra, lançou recentemente uma surpreendente rajada de ondas de rádio — algo que os astrônomos estão com dificuldades para explicar.

Foto de Image by ASA, ESA and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Explosões brilhantes e fugazes de ondas de rádio vindas da vizinhança de uma galáxia próxima estão aprofundando um dos maiores mistérios da astronomia. As repetidas rajadas de energia parecem ser provenientes de um antigo grupo de estrelas chamado aglomerado globular, que está entre os últimos lugares onde os astrônomos esperavam encontrá-las.

Frequentemente originadas a bilhões de anos-luz de distância, as emissões extremamente breves e brilhantes de ondas de rádio conhecidas como rajadas rápidas de rádio, ou FRBs, na sigla em inglês, vêm desafiando explicações desde que foram detectadas pela primeira vez em 2007. Com base nas observações feitas até o momento, os cientistas supunham que as rajadas eram energizadas por objetos cósmicos jovens e de vida curta chamados magnetares.

Mas uma rajada rápida de rádio descoberta no ano passado foi rastreada até um aglomerado globular a cerca de 11,7 milhões de anos-luz de distância, próximo da galáxia espiral vizinha M81, de acordo com um artigo que descreve a descoberta publicado no servidor de pré-publicações científicas arXiv. Encontrar essa rajada entre um aglomerado de estrelas antigas é como encontrar um smartphone incrustado em Stonehenge — uma descoberta que não faz sentido.

“Esse, com certeza, não é um lugar onde se espera encontrar rajadas rápidas de rádio.” Foi o que Bryan Gaensler, astrônomo da Universidade de Toronto e coautor do novo artigo, publicou no Twitter. “O que está acontecendo?”

Cientistas estão com dificuldades para explicar o anacronismo cósmico. Eles estão chegando à conclusão de que, talvez, assim como ocorre com diversos outros fenômenos celestes, existam várias maneiras de produzir uma rajada rápida de rádio.

“Talvez — apenas talvez — FRBs sejam um fenômeno genérico associado a toda uma gama de fontes possíveis”, afirma o astrônomo Shami Chatterjee, da Universidade Cornell, que estuda o fenômeno, mas não faz parte da equipe que descobriu a rajada em questão.

“O que se passa aqui?”

Cientistas descobriram a rajada, batizada de FRB 20200120E, em janeiro de 2020 por meio do telescópio do Experimento Canadense de Mapeamento de Intensidade de Hidrogênio (Chime, na sigla em inglês), que se mostrou uma máquina implacável de localização de FRBs. Quando o Chime começou a operar em 2017, os cientistas tinham conhecimento de menos de 30 rajadas rápidas de rádio; agora o telescópio possibilitou a constatação de bem mais de mil rajadas.

Similar a pelo menos outras 24 rajadas conhecidas, a FRB 20200120E é um repetidor — um motor espacial que produz múltiplas explosões detectáveis de ondas de rádio, em vez de explodir uma vez e desaparecer. Suas rajadas não são tão brilhantes quanto as que se originam a bilhões de anos-luz, no cosmos distante, mas ao longo do ano passado, permitiram que os cientistas identificassem a localização das FRBs no céu.

A partir daí, a equipe pode tentar identificar uma fonte. As medições das rajadas sugeriram que a FRB 20200120E estava bem próxima, então os astrônomos sabiam que estavam procurando por algo na região próxima da galáxia, talvez até dentro do halo gasoso e pouco povoado da Via Láctea. Os cientistas, então, usaram uma rede de radiotelescópios conhecida como Rede Europeia de Interferometria de Linha de Base Muito Longa para descobrir a localização exata da rajada.

“Provamos conclusivamente que a FRB 20200120E está associada a um aglomerado globular no sistema galáctico M81, confirmando, assim, que ela está 40 vezes mais próxima do que qualquer outra FRB extragaláctica conhecida”, escrevem os autores no novo artigo.

“As coisas ficam ainda mais interessantes quando se interpreta isso”, afirma Chatterjee. “É algo muito difícil de encaixar nos modelos existentes.”

Aglomerados globulares são alguns dos objetos mais antigos do universo observável. Eles têm bilhões de anos, são pelo menos tão antigos quanto as galáxias que orbitam, talvez ainda mais. Até agora, os cientistas suspeitavam fortemente que rajadas rápidas de rádio fossem produzidas por alguns dos objetos compactos mais jovens já observados — magnetares ou corpos celestes flamejantes altamente magnéticos produzidos quando estrelas jovens e massivas explodem e morrem. Uma vez formado, o corpo celeste ultramagnético permanece por milhares de anos antes que seu campo magnético diminua, deixando uma simples estrela de nêutrons.

Mas, até onde os astrônomos sabem, esses aglomerados globulares cintilantes e densamente compactados não contêm os tipos de estrelas tempestuosas que se transformam em magnetares.

“Esse tipo de formação de estrelas acontece em todo o universo, até em muitos lugares em nossa própria galáxia, mas não em aglomerados globulares”, explica Claire Ye, da Universidade Northwestern, que estuda aglomerados globulares. “Ficamos pensando: o que está acontecendo aqui?”

Estrelas extremamente magnéticas e ultradensas

Demorou quase 15 anos para que se começasse a desvendar o mistério das rajadas rápidas de rádio. As hipóteses iniciais incluíam evaporação de buracos negros, estrelas eruptivas mortas, colisão de objetos densos e, sim, até mesmo tecnologias alienígenas (spoiler: não são alienígenas). Outras evidências, desde estruturas em escala nanométrica dentro das rajadas de rádio até sua intensidade e duração de milissegundos, sugeriram que elas devem ser produzidas por objetos compactos extremamente densos.

Assim, os cientistas se voltaram para objetos como buracos negros e estrelas de nêutrons, que são os resíduos de estrelas massivas quando explodem em supernovas. Mais tarde, observações sugeriram que algumas rajadas se originam em regiões com campos magnéticos extremos, indicando ainda mais que esses sinais misteriosos poderiam vir de magnetares.

Então, no ano passado, um magnetar dentro da Via Láctea produziu uma rajada de rádio semelhante a uma FRB. A explosão foi ligeiramente mais fraca do que as rajadas extremamente poderosas vindas de meio universo de distância, mas os cientistas estavam convencidos de que estavam no caminho certo.

“O paradigma de que FRBs são provenientes de magnetares se popularizou desde que vimos a rajada semelhante a uma FRB do magnetar galáctico”, conta Brian Metzger, da Universidade de Columbia e do Instituto Flatiron. “Era uma situação em que tanto os teóricos quanto os observadores estavam muito satisfeitos com os magnetares.”

Mas isso não durou muito. Com a descoberta da FRB 20200120E, os astrônomos agora precisam entender como magnetares podem surgir e sobreviver em aglomerados globulares, ou como uma população de estrelas extremamente antigas e silenciosas pode gerar explosões tão poderosas. Nenhum desses enigmas é fácil de resolver.

Explicações plausíveis

Embora os astrônomos não acreditem que aglomerados globulares contenham magnetares, outros tipos de corpos celestes devem ser abundantes. Anãs brancas, que são formadas quando estrelas semelhantes ao Sol se transformam em gigantes vermelhas e morrem, e estrelas de nêutrons, formadas por supernovas maiores, podem ser criadas no início da vida desses aglomerados antigos.

Talvez os magnetares possam surgir quando duas estrelas de nêutrons colidem e se fundem, quando duas anãs brancas colidem e se fundem, ou quando uma anã branca com uma estrela companheira em órbita retira tanta massa dela que entra em colapso, formando uma nova estrela de nêutrons. No entanto, até o momento, ninguém viu um magnetar formado dessa maneira.

Ye, da Universidade Northwestern, afirma que precisamos procurar outras maneiras possíveis de formação de magnetares nesses aglomerados e explorar como outras estrelas poderiam produzir rajadas rápidas de rádio. Além disso, segundo ela, é fundamental reunir mais informações sobre esse aglomerado específico para ver o que mais pode ocasionar as notáveis explosões.

“Aglomerados globulares são diferentes”, explica ela. “Alguns são mais densos, outros menos e, em diferentes aglomerados, teremos resultados diferentes.”

Metzger também observa que deve ser possível gerar algo que se pareça com uma rajada rápida de rádio na ausência de magnetares. Duas estrelas de nêutrons girando em torno uma da outra poderiam gerar explosões que se assemelham a rajadas rápidas de rádio, assim como discos de acreção girando em torno de buracos negros que ocasionalmente produzem jatos e chamas. “Estou mais inclinado a pensar que o caso não tem relação com magnetares”, declara ele.

Chatterjee concorda, acrescentando que “talvez uma parcela de FRBs não esteja relacionada a magnetares, mas sim a algum tipo de fenômeno de jato de buraco negro”.

Talvez rajadas rápidas de rádio sejam formadas por meio de múltiplas vias — como rajadas de raios gama, que confundiram os astrônomos por décadas depois de serem inicialmente descobertas por um satélite militar na década de 1960. Atualmente, sabemos que supernovas poderosas e estrelas de nêutrons em colisão podem produzir essas rajadas altamente energéticas de raios gama.

“A natureza encontrou duas maneiras de fazer isso”, explica Metzger. “Acredito que estamos vendo algo semelhante com as FRBs.”

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