FRBs, um dos grandes mistérios do Universo, foram encontrados num lugar invulgar

Estão entre os grandes mistérios do Universo: explosões de radiação que duram cerca de um milésimo de segundo e que só aparecem em radiotelescópios. Desde a sua descoberta em 2007, os astrónomos têm vindo a investigar a causa destes flashes cósmicos.

Agora, uma equipa que envolve o Instituto Max Planck para Radioastronomia e a sua antena de 100 metros em Effelsberg encontrou uma destas rápidas FRBs (“fast radiobursts” em inglês) à distância mais próxima da Terra até agora, na galáxia espiral Messier 81, a cerca de 12 milhões de anos-luz de distância.

A descoberta foi apresentada em dois artigos [artigo 1, artigo 2] publicados a 23 de fevereiro na revista Nature.

Além disso, a fonte está aparentemente localizada num enxame globular desta galáxia – onde menos se esperaria encontrar uma FRB.

A maioria dos flashes rádio aparecem como se vindos do nada, alguns repetem-se periodicamente. Cada um destes surtos emite tanta energia quanto o Sol irradia num dia inteiro.

Várias centenas destes flashes cósmicos são disparados todos os dias e têm sido observados por todo o céu. A maioria está localizada a grandes distâncias da Terra – em galáxias a milhares de milhões de anos-luz de distância.

Investigadores liderados por Franz Kirsten (Universidade de Chalmers, Suécia) e Kenzie Nimmo (Universidade de Amesterdão) analisaram agora de perto uma fonte de surtos repetidos detetada em janeiro de 2020 na direção da constelação de Ursa Maior. “Queríamos procurar pistas sobre as origens dos flashes,” diz Kirsten.

Para este fim, os cientistas utilizaram a rede europeia de observação EVN (European VLBI Network). Combinaram os dados de 12 antenas parabólicas – incluindo o telescópio de 100 metros do Instituto Max Planck para Radioastronomia, o instrumento mais sensível do grupo – e foram assim capazes de identificar exatamente onde no céu teve origem a explosão de radiação.

A equipa acompanhou os flashes até à periferia da galáxia espiral próxima Messier 81 (M81), que fica a cerca de 12 milhões de anos-luz da Terra – e representa assim a fonte mais próxima de surtos rádios até à data. E: a sua posição coincide exatamente com um enxame globular que se encontra na galáxia e que consiste numa densa coleção de estrelas muito antigas.

É precisamente este facto que surpreende os investigadores, porque até agora as FRBs tinham sido encontradas mais longe no Universo, em lugares onde as estrelas são muito mais jovens.

“A semelhança da explosão com a emissão de alguns pulsares na nossa Galáxia coloca-nos em terreno familiar, mas também deixa claro que os precursores da explosão rádio podem ser muito diferentes,” diz Ramesh Karuppusamy, investigador do Instituto Max Planck para Radioastronomia em Bona.

Para compreender a surpresa, é preciso conhecer a teoria por detrás da causa das explosões rádio. Muitos especialistas pensam que os chamados magnetares estão por detrás delas.

Estes são remanescentes muito densos de sóis massivos que explodiram – estrelas de neutrões com cerca de 20 quilómetros de diâmetro que giram rapidamente e que têm campos magnéticos extremamente fortes. “Nós esperamos que os magnetares sejam objetos jovens,” diz Jason Hessels, da Universidade de Amesterdão.

Os investigadores pensam, portanto, que a fonte dos surtos rádio da galáxia M81 é um objeto que foi previsto teoricamente, mas nunca visto ao vivo antes: um magnetar que se formou quando uma anã branca tinha acumulado massa suficiente para se desmoronar sob o seu próprio peso.

“Coisas estranhas acontecem ao longo dos vários milhares de milhões de anos de existência de um enxame globular. Suspeitamos que estamos a observar uma estrela com uma história invulgar,” diz Franz Kirsten.

As anãs brancas são consideradas as fases finais de estrelas normais como o nosso Sol, que vivem durante vários milhares de milhões de anos e acabam por transformar-se em objetos densos do tamanho da Terra sem explodir.

Muitas destas anãs brancas existem em antigos enxames estelares, algumas delas em sistemas binários. Alguns destes pares devem ser tão íntimos que uma parceira “rouba” material da outra.

Se uma das anãs brancas acumular massa extra suficiente da sua companheira, pode transformar-se numa estrela ainda mais densa – um magnetar.

“Este é um acontecimento raro, mas num enxame de estrelas velhas seria a forma mais fácil de produzir FRBs,” diz o membro da equipa Mohit Bhardwaj da Universidade McGill no Canadá.

Durante as suas medições, os investigadores fizeram outra descoberta: alguns dos surtos eram mais curtos do que o esperado e mudaram de brilho em apenas algumas dezenas de nanossegundos. “Isto significa que devem vir de um volume minúsculo no espaço, menor do que um campo de futebol e talvez com apenas algumas dezenas de metros em diâmetro,” diz Kenzie Nimmo.

Sinais ultracurtos semelhantes também são recebidos de um dos objetos mais famosos do céu, o pulsar da Nebulosa do Caranguejo. Esta também é uma estrela de neutrões, ou seja, o denso remanescente de uma explosão de supernova que foi avistada da Terra na direção da constelação de Touro no ano 1054.

À medida que a estrela gira rapidamente sob si própria, emite dois feixes de radiação. Quando passam na direção da Terra, o objeto parece ser um pulsar, piscando como um farol.

“Alguns dos sinais que medimos são curtos e extremamente poderosos, da mesma forma que alguns sinais do pulsar de Caranguejo. Isto sugere que estamos de facto a ver um magnetar, mas num local onde os magnetares nunca foram encontrados antes,” diz Kenzie Nimmo.

Observações futuras deste e de outros sistemas devem ajudar a determinar se a fonte é, de facto, um magnetar ou outra coisa qualquer, como um pulsar com propriedades invulgares. Ou mesmo um buraco negro em órbita de uma estrela compacta numa órbita íntima.