Desde 2007, los astrónomos han registrado alrededor de 20 misteriosos pulsos de radio desde mucho más allá de nuestra Galaxia. El columnista de la BBC Earth decidió averiguar más sobre este fenómeno.
No hay escasez de fenómenos extraños y no completamente entendidos en el Universo, desde agujeros negros hasta planetas extravagantes. Los científicos tienen algo que resolver.
Pero un misterio últimamente ha sido especialmente interesante para los astrónomos: misteriosas explosiones de emisión de radio en el espacio, conocidas como pulsos de radio rápidos.
Duran solo unos pocos milisegundos, pero liberan alrededor de un millón de veces más energía de la que produce el Sol durante el mismo período de tiempo.
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Desde el descubrimiento del primer pulso de este tipo en 2007, los astrónomos han logrado registrar menos de 20 casos de este tipo: todas sus fuentes estaban ubicadas fuera de nuestra galaxia y estaban distribuidas uniformemente por el cielo.
Sin embargo, los telescopios tienden a observar pequeñas porciones del cielo en un momento dado.
Si extrapolamos los datos obtenidos a todo el cielo, entonces, como suponen los astrónomos, la cantidad de pulsos de radio de este tipo puede llegar a 10 mil por día.
Y nadie conoce el motivo de este fenómeno.
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Los astrónomos, por supuesto, tienen muchas explicaciones posibles, algunas de las cuales suenan muy exóticas: colisiones de estrellas de neutrones, explosiones de agujeros negros, roturas de cuerdas cósmicas e incluso los resultados de la actividad de la inteligencia extraterrestre.
"Ahora hay más teorías que intentan explicar la naturaleza de los pulsos de radio rápidos que los pulsos en realidad", dice Duncan Lorimer, investigador de la Universidad de West Virginia de EE. UU. Y líder del equipo de investigación que descubrió el primer pulso de radio rápido (también llamado pulso de Lorimer). "Este es un terreno fértil para los teóricos".
Pero incluso si la explicación de la naturaleza de los pulsos de radio rápidos resulta ser mucho más común, aún pueden ser de gran beneficio para la ciencia.
Sin duda, revolucionarán nuestra comprensión del universo.
Estas señales de radio son como rayos láser que atraviesan el Universo y encuentran campos magnéticos, plasma y otros fenómenos cósmicos en su camino.
En otras palabras, capturan información sobre el espacio intergaláctico a lo largo del camino y pueden representar una herramienta única para explorar el Universo.
"Sin duda, revolucionarán nuestra comprensión del universo, porque se pueden utilizar para realizar mediciones muy precisas", dice Peng Wee-Li, astrofísico de la Universidad de Toronto.
Pero antes de que eso suceda, los científicos deben comprender mejor la naturaleza de los pulsos de radio rápidos.
Los astrónomos han logrado avances prometedores en esta área durante los últimos meses.
Lo primero que sorprendió a Lorimer sobre el pulso que descubrió fue su intensidad.
Lorimer y sus colegas revisaron conjuntos de datos de archivo recopilados con el radiotelescopio de Parks en Australia. Buscaron pulsos de radio, como los emitidos por estrellas de neutrones que giran rápidamente, los llamados púlsares.
Estaba tan emocionado esa noche que no pude dormir
Matthew Bales, astrónomo
Estas estrellas, cada una con el diámetro de una gran ciudad, tienen la densidad de un núcleo atómico y pueden rotar a velocidades superiores a 1000 revoluciones por segundo.
Al mismo tiempo, emiten corrientes de emisión de radio estrechamente dirigidas, en relación con las cuales también se denominan balizas espaciales.
Las señales de radio emitidas por púlsares parecen pulsaciones para un observador de la Tierra.
Pero la señal detectada por el equipo de Lorimer fue muy extraña.
“Fue tan intenso que sobrepasó los componentes electrónicos del telescopio”, recuerda Lorimer. "Esto es extremadamente inusual para una fuente de radio".
El pulso duró aproximadamente 5 milisegundos, después de lo cual su intensidad disminuyó.
"Recuerdo la primera vez que vi un diagrama de impulso", dijo el miembro del equipo de Lorimer, Matthew Bales, astrónomo de la Universidad Tecnológica de Swinburne, Australia. "Estaba tan emocionado esa noche que no pude dormir".
Durante unos cinco años después del descubrimiento del impulso de Lorimer, siguió siendo una anomalía inexplicable.
Algunos eruditos creían que era solo una interferencia instrumental. Y en un estudio publicado en 2015, se dice que se registran pulsos con parámetros similares durante el funcionamiento de las microondas instaladas en la parte económica del Observatorio de Parques.
Sus fuentes están fuera de nuestra galaxia, posiblemente a miles de millones de años luz de la Tierra.
Sin embargo, desde 2012, los astrónomos que trabajan en otros telescopios han detectado varios pulsos de radio similares, lo que confirma que las señales provienen en realidad del espacio.
Y no solo desde el espacio, sus fuentes están fuera de nuestra Galaxia, quizás a miles de millones de años luz de la Tierra. Esta suposición se hizo en base a las mediciones de un fenómeno conocido como efecto de dispersión.
Durante su viaje por el Universo, las ondas de radio interactúan con los electrones del plasma que encuentran en su camino. Esta interacción provoca una ralentización en la propagación de ondas, dependiendo de la frecuencia de la señal de radio.
Las ondas de radio de frecuencia más alta llegan al observador un poco más rápido que las ondas de radio de frecuencia más baja.
Al medir la diferencia en estos valores, los astrónomos pueden calcular cuánto plasma tuvo que pasar la señal en su camino hacia el observador, lo que les da una idea aproximada de la distancia de la fuente de pulso de radio.
Las ondas de radio que nos llegan de otras galaxias no son nada nuevo. Es solo que antes del descubrimiento de pulsos de radio rápidos, los científicos no observaban señales de tan alta intensidad.
La existencia de una señal, cuya intensidad es un millón de veces mayor que cualquier cosa detectada previamente, excita la imaginación.
Entonces, los quásares, núcleos galácticos activos, dentro de los cuales, como creen los científicos, hay estrellas negras masivas, emiten una gran cantidad de energía, incluso en el rango de radio.
Pero los cuásares ubicados en otras galaxias están tan lejos de nosotros que las señales de radio que reciben de ellos son extremadamente débiles.
Podrían ahogarse fácilmente incluso con una señal de radio de un teléfono móvil colocado en la superficie de la luna, señala Bailes.
Los pulsos de radio rápidos son otro asunto. "La existencia de una señal que es un millón de veces más fuerte que cualquier cosa detectada anteriormente es emocionante", dice Bales.
Especialmente considerando el hecho de que los pulsos de radio rápidos pueden indicar fenómenos físicos nuevos e inexplorados.
Una de las explicaciones más ambiguas de su origen tiene que ver con las llamadas cuerdas cósmicas: pliegues hipotéticos unidimensionales del espacio-tiempo que pueden extenderse por al menos decenas de parsecs.
Algunas de estas cuerdas pueden tener propiedades superconductoras y una corriente eléctrica puede fluir a través de ellas.
Según una hipótesis propuesta en 2014, las cuerdas cósmicas a veces se rompen, lo que resulta en una explosión de radiación electromagnética.
O, dice Penh, la explicación de estos estallidos podría ser explosiones de agujeros negros.
El campo gravitacional de un agujero negro es tan masivo que ni siquiera la luz que entra en él puede escapar.
Si asumimos que en una etapa temprana del desarrollo del Universo, se formaron pequeños agujeros negros en él, entonces ahora pueden simplemente evaporarse.
Sin embargo, en la década de 1970. El famoso físico teórico británico Stephen Hawking sugirió que la energía puede evaporarse de la superficie de los agujeros negros envejecidos.
Si asumimos que en una etapa temprana del desarrollo del Universo se formaron pequeños agujeros negros en él, entonces ahora pueden simplemente evaporarse y finalmente explotar, lo que conduce a una emisión instantánea de emisión de radio.
En febrero de 2016, los astrónomos anunciaron que podrían haber hecho un gran avance en la investigación.
Un equipo de científicos dirigido por Evan Keehan que trabaja en la sede del radiointerferómetro Square Kilometer Array en el Centro astrofísico británico Jodrell Bank, analizó los parámetros de un pulso de radio rápido registrado en abril de 2015.
Según las conclusiones de los astrónomos, la fuente del pulso de radio estaba en una galaxia ubicada a 6 mil millones de años luz de nosotros y formada por estrellas viejas.
En este caso, los parámetros del pulso de radio observado indicaron la probabilidad de al menos un escenario: colisiones de estrellas de neutrones emparejadas
Por primera vez, los investigadores pudieron determinar la ubicación de una fuente de emisión de radio con una precisión de la galaxia, lo que fue percibido por la comunidad científica como un descubrimiento extremadamente importante.
"Identificar la galaxia que contiene la fuente del pulso de radio rápido es una pieza del rompecabezas", dice Bailes, quien también trabajó en el equipo de Kian. "Si podemos determinar la galaxia, podemos averiguar qué tan lejos de nosotros está la fuente".
Después de eso, puede medir con precisión la cantidad de energía del pulso y comenzar a descartar las teorías más inverosímiles sobre su origen.
En este caso, los parámetros del pulso de radio observado indicaron la probabilidad de al menos un escenario: colisiones de estrellas de neutrones emparejadas girando una alrededor de la otra.
Parecía que el misterio de la naturaleza de los pulsos de radio rápidos estaba casi resuelto. “Estaba muy emocionado con los resultados de este estudio”, dice Lorimer.
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Pero solo unas semanas después, los científicos Edo Berger y Peter Williams de la Universidad de Harvard cuestionaron la teoría.
Las conclusiones del equipo de Keehan se basaron en la observación del fenómeno, que los científicos interpretaron como la atenuación de la señal de radio después del final del pulso de radio rápido.
La fuente de la señal de desvanecimiento estaba ubicada de manera confiable en una galaxia ubicada a 6 mil millones de años luz de la Tierra, y los investigadores creían que el pulso de radio rápido provenía de allí.
Sin embargo, según Berger y Williams, lo que Kian tomó por una señal de radio residual, que se desvanecía, no tenía nada que ver con un pulso de radio rápido.
Analizaron cuidadosamente las características de la señal residual apuntando el radiotelescopio American Very Large Array a una galaxia distante.
Las colisiones de estrellas de neutrones ocurren varios órdenes de magnitud con menos frecuencia que la frecuencia probable de pulsos de radio rápidos, por lo que todos los casos registrados no pueden explicarse únicamente por este fenómeno.
Se encontró que estamos hablando de un fenómeno separado causado por fluctuaciones en el brillo de la propia galaxia debido a que en su centro hay un agujero negro supermasivo, absorbiendo gases cósmicos y polvo.
En otras palabras, la galaxia centelleante no era el lugar desde el que se emitía el pulso de radio rápido. Es solo que resultó estar en el campo de visión del telescopio, ya sea detrás de la fuente verdadera o frente a ella.
Y si el pulso de radio no se envió desde esta galaxia, entonces, quizás, no fue causado por la colisión de dos estrellas de neutrones.
El escenario de neutrones tiene otro punto débil. "La frecuencia de emisión de pulsos de radio rápidos es mucho más alta que la frecuencia de radiación esperada de las colisiones de estrellas de neutrones", dice Maxim Lyutikov de la Universidad Americana de Purdue.
Además, las colisiones de estrellas de neutrones ocurren varios órdenes de magnitud con menos frecuencia que la frecuencia probable de pulsos de radio rápidos, por lo que todos los casos registrados no pueden explicarse solo por este fenómeno.
Y pronto, la nueva evidencia científica redujo aún más la probabilidad de tal explicación.
En marzo de 2016, un grupo de astrónomos informó sobre un descubrimiento sorprendente. Estudiaron un pulso de radio registrado en 2014 por el Observatorio de Arecibo en Puerto Rico. Resultó que no se trataba de un solo evento: el impulso se repitió 11 veces durante 16 días.
“Este fue el mayor descubrimiento desde la primera ráfaga de radio rápida”, dice Penh. "Pone fin a la gran cantidad de hipótesis propuestas hasta ahora".
Todos los pulsos de radio rápidos registrados anteriormente eran únicos; no se registraron las repeticiones de señales del mismo sector del cielo.
Por lo tanto, los científicos asumieron que podrían ser el resultado de cataclismos cósmicos, ocurriendo en cada caso solo una vez, por ejemplo, explosiones de agujeros negros o colisiones de estrellas de neutrones.
Pero esta teoría no explica la posibilidad (en algunos casos) de repetir pulsos de radio en rápida sucesión. Cualquiera sea la causa de tal serie de pulsos, las condiciones para que ocurran deben mantenerse durante un cierto tiempo.
Esta circunstancia reduce significativamente la lista de posibles hipótesis.
Uno de ellos, que Buttercup está investigando, dice que las fuentes de pulsos de radio rápidos pueden ser púlsares jóvenes: estrellas de neutrones que giran a velocidades de hasta una revolución por milisegundo.
Buttercup llama a estos objetos púlsares con esteroides.
Con el tiempo, la rotación de los púlsares se ralentiza y parte de la energía de rotación se puede expulsar al espacio en forma de emisión de radio.
No está del todo claro cómo exactamente los púlsares pueden emitir pulsos de radio rápidos, pero se sabe que son capaces de emitir pulsos de radio cortos.
Entonces, el púlsar ubicado en la Nebulosa del Cangrejo supuestamente tiene alrededor de 1000 años. Es relativamente joven y es uno de los púlsares más poderosos que conocemos.
Cuanto más joven es el púlsar, más rápido gira y más energía tiene. Buttercup llama a estos objetos "púlsares basados en esteroides".
Y aunque el púlsar en la Nebulosa del Cangrejo ahora no tiene suficiente energía para emitir pulsos de radio rápidos, es posible que pueda hacerlo inmediatamente después de su aparición.
Otra hipótesis dice que la fuente de energía de los pulsos de radio rápidos no es la rotación de una estrella de neutrones, sino su campo magnético, que puede ser mil billones de veces más fuerte que el de la Tierra.
Las estrellas de neutrones con campos magnéticos extremadamente fuertes, los llamados magnetares, pueden emitir pulsos de radio rápidos a través de un proceso similar al que resulta en las erupciones solares.
Hay muchos magnetares en el Universo.
A medida que la magnetar gira, los campos magnéticos de su corona, la delgada capa exterior de la atmósfera, cambian de configuración y se vuelven inestables.
En algún momento, las líneas de estos campos se comportan como si hiciera clic en un látigo. Se libera una corriente de energía que acelera las partículas cargadas, que emiten pulsos de radio.
“Hay muchos magnetares en el universo”, dice Bales. "Son inestables, lo que probablemente explica la aparición de pulsos de radio rápidos".
Las hipótesis relacionadas con las estrellas de neutrones son más conservadoras y se basan en fenómenos relativamente bien estudiados, por lo que parecen más probables.
“Todas las hipótesis sobre la ocurrencia de pulsos de radio rápidos, que considero serias y que estoy discutiendo seriamente con mis colegas, tienen que ver con las estrellas de neutrones”, dice Bales.
Sin embargo, admite que este enfoque puede ser algo unilateral. Muchos astrónomos que estudian pulsos de radio rápidos también estudian estrellas de neutrones, por lo que es comprensible su tendencia a ver la primera a través del prisma de la segunda.
Puede ser que estemos ante aspectos inexplorados de la física.
También hay explicaciones más poco convencionales. Por ejemplo, varios investigadores han sugerido que los pulsos de radio rápidos surgen como resultado de las colisiones de púlsares con asteroides.
Es posible que varias hipótesis sean ciertas a la vez, y cada una de ellas explica cierto caso de aparición de pulsos de radio rápidos.
Es posible que algunos impulsos se repitan, mientras que otros no, lo que no descarta por completo la hipótesis de colisiones de estrellas de neutrones y otros cataclismos de escala cósmica.
“Puede resultar que la respuesta sea muy simple”, dice Lyutikov. “Pero también puede suceder que estemos tratando con aspectos inexplorados de la física, con nuevos fenómenos astrofísicos”.
Independientemente de lo rápido que resulten ser los pulsos de radio, pueden ser de gran beneficio para la ciencia espacial.
Por ejemplo, podrían usarse para medir el volumen de materia en el universo.
Como ya se mencionó, las ondas de radio se encuentran con el plasma intergaláctico en su camino, lo que ralentiza su velocidad dependiendo de la frecuencia de la onda.
Además de poder medir la distancia a la fuente de la señal, la diferencia en la velocidad de la onda también da una idea de cuántos electrones hay entre nuestra galaxia y la fuente de radiación.
“Las ondas de radio están codificadas con información sobre los electrones que componen el universo”, dice Bailes.
Anteriormente, los científicos se dedicaban principalmente a este tema en su tiempo libre de la investigación básica.
Esto les da a los científicos la oportunidad de estimar aproximadamente la cantidad de materia ordinaria en el espacio, lo que les ayudará en el futuro a la hora de calcular modelos para la aparición del Universo.
La singularidad de los pulsos de radio rápidos es que son una especie de rayos láser cósmicos, dice Penh.
Perforan el espacio en una dirección específica y son lo suficientemente intensos como para proporcionar una precisión de medición superior.
“Esta es la herramienta de medición más precisa disponible para nosotros para estudiar objetos distantes dentro de la línea de visión”, explica.
Entonces, según él, los pulsos de radio rápidos pueden indicar la estructura del plasma y los campos magnéticos cerca de la fuente de radiación.
A medida que pasa el plasma, los pulsos de radio pueden parpadear, al igual que las estrellas parpadean cuando se ven a través de la atmósfera terrestre.
La medición de las características de este centelleo permitirá a los astrónomos medir el tamaño de las regiones de plasma con una precisión de varios cientos de kilómetros. Debido al alto potencial científico, y no menos importante debido a la inexplicabilidad del fenómeno, en los últimos años, el interés de los científicos por los pulsos de radio rápidos ha crecido significativamente.
“Anteriormente, los científicos se dedicaban principalmente a este tema en su tiempo libre de la investigación básica”, señala Lorimer.
Ahora, los astrónomos están buscando intensamente pulsos de radio rápidos en las regiones aún inexploradas del cielo y continúan observando los sectores del cielo donde estos fenómenos ya se han registrado, con la esperanza de registrarlos.
Al mismo tiempo, se utilizan las potencias de los telescopios de todo el mundo, ya que cuando se observa un pulso desde varios observatorios, la probabilidad de un cálculo más preciso de las coordenadas de la fuente aumenta significativamente.
Entonces, en los próximos años, los radiotelescopios como el CHIME canadiense (Experimento canadiense de mapeo de la intensidad del hidrógeno o el Experimento canadiense de mapeo de la intensidad del hidrógeno) podrán observar vastas áreas del cielo y registrar cientos de pulsos de radio rápidos.
Cuantos más datos se recopilen, más comprensible será el fenómeno de los pulsos de radio rápidos. Quizás algún día se revele su secreto.
