Un FRB proveniente de una galaxia masiva y lejana

• Título: A single fast radio burst localized to a massive galaxy at cosmological distance
• Autores: K.W. Bannister, A.T. Deller, C. Phillips, et al.
• Institución del primer autor: Australia Telescope National Facility
• Estado: Publicado en Science
• Astrobite original: Localization of a Single Fast Radio Burst to a Massive Early-Type Spiral Galaxy, por Haley Wahl

Los pulsos rápidos de radios (FRBs, pos sus siglas en inglés) son uno de los campos de estudio más rápidamente en desarrollo en astronomía en este momento y continúan cautivando y confundiendo a los científicos alrededor del mundo. Nuevos telescopios equipados con tecnología avanzada están poniéndose en línea, lo cual permite a los astrónomos estudiar el funcionamiento de estos misteriosos objetos. El primer avance importante en el estudio de estos objetos se dio con el descubrimiento y la localización de un FRB que se repite. Ahora, un grupo de astrónomos ha hecho un nuevo descubrimiento que pone a prueba las teorías de por qué y cómo ocurren los FRBs.

Lo que sabemos de los FRBs

Los FRBs son pulsos de radiación cortos e intensos que ocurren en escalas de milisegundos. Desde que fueron descubiertos en el 2007 por Duncan Lorimer, estos objetos continúan sorprendiendo a los científicos. Cuando se detectaron por primera vez, se supo inmediatamente que estaban fuera de nuestra galaxia. La dispersión interestelar (DM, por sus siglas en inglés) correspondiente, una cantidad que mide cuánto material se halla entre nosotros y la fuente de la radiación, no podía asociarse con un objeto en nuestra galaxia. Luego, se descubrió que algunos de estos eventos se repetían. Esto le permitió a los científicos determinar el origen del evento con más precisión y lograron asociarlo con una nebulosa radio-luminosa dentro de una galaxia enana con una tasa de formación estelar alta. Esto ha llevado a los astrónomos a creer que los FRBs pueden provenir de magnetoestrellas dentro de nebulosas particulares llamadas pleriones o dentro de ambientes extremos, en general. Debido a cómo funcionan los telescopios, la mayoría de los FRBs son imposibles de localizar a menos que se repitan, pero un arreglo de telescopios en el hemisferio sur ha desafiado esa noción.

Localización de un único pulso FRB 

El Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) es un interferómetro compuesto de 36 antenas de radio, ubicado en el oeste de Australia. Gracias al uso de muchas antenas que apuntan en la misma dirección, ASKAP hizo un escaneo a latitudes galácticas altas y localizó un pulso llamado FRB 180924 (ver Figura 1). Dos equipos analizaron los datos de manera separada y reportaron para el pulso la misma posición con una precisión de 100 milisegundos de arco, lo cual es increíblemente preciso para un evento transitorio e intergaláctico. Para identificar a la galaxia anfitriona, el equipo tuvo que utilizar tanto datos de radio como datos ópticos. Combinando sus datos con los del Dark Energy Survey, que provee observaciones más profundas que el Very Large Telescope, y espectros de los telescopio Keck II y Gemini South, la fuente fue localizada cerca del centro de la galaxia DES J214425.25-40540081 (ver Figura 2) pero algo descentrada. Esta galaxia es una galaxia masiva lenticular o de tipo espiral temprano (es decir, dominada por una población estelar antigua) y tiene una masa estelar total de 2.2 x 10¹⁰ masas solares. Se encuentra a un corrimiento al rojo de 0.3214, lo cual indica que está a aproximadamente 3,6 mil millones de años. Tiene propiedades consistentes con las galaxias de tipo LINER, que contienen un núcleo con líneas espectrales de emisión y también polvo interestelar. El equipo siguió monitoreando el FRB con el radio telescopio Parkes un total de 9 horas a partir de 8 días de descubierto el evento, y luego de nuevo por 2 horas 23 días después del evento. No encontraron evidencia de repeticiones.

Comparación con el FRB repetidor y con su anfitrión

Las propiedades del nuevo pulso FRB y su galaxia anfitriona son muy diferentes de aquellas del repetidor que se localizó en una galaxia enana de baja masa y metalicidad y alta formación estelar (la cual normalmente se asocia con las anfitrionas de supernovas y explosiones de rayos gamma). En cambio, el FRB 180924, descubierto en este trabajo, proviene de una galaxia espiral temprana que es 30 veces más luminosa y posee una tasa de formación estelar depreciable. Los ambientes de estos dos FRBs son muy diferentes. El repetidor reside en una nebulosa de radio que contiene plasma altamente magnetizado y dinámico y también se encuentra cerca de una fuente brillante de radiación de radio, contrariamente a la ubicación del nuevo FRB. Estas diferencias sugieren que o existen dos poblaciones de progenitores de FRBs, o bien los progenitores pueden vivir en ambientes muy diferentes.

Los FRBs como trazadores del medio interestelar e intergaláctico

Los FRBs también pueden ser usados como sondas intergalácticas y cosmológicas. La medida de dispersión se usa para estimar la densidad de electrones libres entre nosotros y la fuente y también para sondear el espacio intergaláctico (IGM, por sus siglas en inglés). La medida de dispersión no sólo tiene contribuciones del IGM, sino también de nuestra propia galaxia (su halo y su disco) y de la galaxia anfitriona del FRB. Usando modelos de la Vía Láctea y del IGM, se puede inferir la dispersión debida a la galaxia anfitriona, estimada en 46 pc/cm³. Si la dispersión de la anfitriona tiene este valor, entonces la DM del FRB es así consistente con los modelos del IGM utilizados. La medida de rotación del pulso (la que nos dice cuánto de la luz es rotada a medida que atraviesa el medio interestelar) puede usarse para estimar el campo magnético a lo largo de la línea visual. Los autores encuentran que sus resultados se asemejan a los de otros FRBs que no se repiten, pero difieren del repetidor.

Este descubrimiento y la localización de un nuevo FRB representa un paso enorme para develar el misterio detrás de estas señales. Debido a que los pulsos únicos ocurren con una frecuencia aproximadamente 30 veces mayor comparada con los repetidores, los telescopios como ASKAP nos ayudarán a incrementar nuestras muestras de FRBs con anfitriones. El hecho de que el pulso viniera de una galaxia masiva con baja formación estelar sugiere que ya sea los FRBs ocurren en distintas fuentes o que hay distintas poblaciones de FRBs. Nuevos instrumentos nos permitirán descubrir FRBs cada día y lentamente lograremos entender sus orígenes.

Figura 1: El perfil integrado del pulso (arriba) y el espectro dinámico del pulso descubierto, que muestra la intensidad del pulso a distintas frecuencias (abajo).

Figura 2: La ubicación del FRB en la galaxia anfitriona, determinada por el Very Large Telescope. La incerteza en la ubicación está representada por el círculo rojo. (También imagen de portada.)