Telescópio canadense detecta centenas de rajadas de rádio rápidas e misteriosas

Origens de flashes de luz brilhantes com milissegundos de duração são desconhecidas porque eventos são imprevisíveis.

 

Sistema CHIME detecta rajadas de rádio no espaçoFoto: Divulgação/CHIME

 

Centenas rajadas de rádio rápidas e misteriosas foram detectadas no espaço graças a um telescópio canadense e um grupo internacional de pesquisadores.

As origens desses flashes de luz brilhantes com milissegundos de duração são desconhecidas porque as explosões, ou FRBs, são imprevisíveis e desaparecem rapidamente. Os cientistas os observaram pela primeira vez em 2007. Na década seguinte, eles observaram apenas cerca de 140 explosões em todo o universo.

"O que acontece com os FRBs é que eles são realmente difíceis de detectar", disse Kiyoshi Masui, professor assistente de física do MIT e membro do Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial da universidade. "Você tem que ter seu radiotelescópio apontado para o lugar certo na hora certa e você não pode prever onde ou quando será."

A maioria dos radiotelescópios vê apenas um pedaço do céu do tamanho da lua em um determinado momento, o que significa que a grande maioria dos FRBs não são vistos, disse Masui.

Tudo mudou quando o telescópio CHIME, localizado no Dominion Radio Astrophysical Observatory na Colúmbia Britânica, Canadá, começou a receber sinais de rádio em 2018 durante seu primeiro ano de operação.

O radiotelescópio estacionário, chamado Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME), detectou 535 novos surtos de rádio rápidos entre 2018 e 2019.

Isso permitiu aos cientistas criar o catálogo CHIME de rajadas rápidas de rádio, que foi apresentado na quarta-feira no 238º Encontro da Sociedade Astronômica Americana, que acontece virtualmente.

O catálogo não apenas expande o número conhecido de rajadas de rádio rápidas, mas também amplia as informações disponíveis sobre suas localizações e propriedades. Enquanto a maioria das rajadas de rádio rápidas ocorreu apenas uma vez, 61 deles estavam repetindo rajadas de rádio rápidas de 18 fontes. As rajadas repetidas aparecem de forma diferente — cada flash dura um pouco mais do que as rajadas individuais.

Quando uma explosão se repete, os cientistas têm uma chance muito melhor de rastreá-la de volta ao seu ponto de origem. Esses locais também podem ajudar os cientistas a determinar o que causa as explosões.

Com base em suas observações, os pesquisadores acreditam que rajadas de rádio simples e rápidas podem ter fontes diferentes das repetidas.

"Com todas essas fontes, podemos realmente começar a obter uma imagem de como são os FRBs como um todo, o que a astrofísica pode estar conduzindo esses eventos e como eles podem ser usados ??para estudar o universo daqui para frente", disse Kaitlyn Shin, membro do CHIME e um estudante graduado do Departamento de Física do Massachusetts Institute of Technology, em um comunicado.

Como funciona o CHIME

O telescópio CHIME funciona de maneira um pouco diferente de outros usados ??para radioastronomia. O conjunto de quatro antenas de rádio gigantes está totalmente imóvel. Conforme a Terra gira em seu eixo, esta matriz recebe sinais de rádio da metade do céu.

Normalmente, as antenas de rádio se movem para capturar a luz de diferentes áreas do céu. Em vez disso, o CHIME usa um design totalmente digital e tem um correlator, um processador de sinalização digital para capturar os sinais de rádio de entrada. Ele pode gerar grandes quantidades de dados — cerca de 7 terabits por segundo, ou o equivalente a uma pequena porcentagem do tráfego global da Internet.

"O processamento digital de sinais é o que torna o CHIME capaz de reconstruir e 'olhar' em milhares de direções simultaneamente", disse Masui. "Isso é o que nos ajuda a detectar FRBs mil vezes mais do que um telescópio tradicional."

As 535 rajadas detectadas pelo CHIME vieram de todas as partes do céu - e do espaço. Com base nas informações que coletaram, os pesquisadores calcularam que essas explosões de rádio rápidas e brilhantes provavelmente ocorrem cerca de 800 vezes por dia em todo o céu.

"Isso é o que há de bonito neste campo - os FRBs são realmente difíceis de ver, mas não são incomuns", disse Masui. "Se seus olhos pudessem ver os flashes do rádio da mesma forma que os flashes das câmeras, você os veria o tempo todo se apenas olhasse para cima."

Embora essas explosões sejam intrigantes apenas com base em sua natureza misteriosa, os cientistas também acreditam que podem usar as explosões para ter uma melhor compreensão do universo e até mesmo mapear a distribuição de gás por ele.

Quando essas ondas de rádio viajam pelo espaço, é provável que encontrem gás ou plasma. Isso pode distorcer as ondas, alterar suas propriedades e até mesmo sua trajetória. Determinar esta informação sobre uma explosão de rádio poderia ajudar os cientistas a estimar a distância que viajou e quanto gás encontrou.

"Isso carrega um registro da estrutura do universo pelo qual ele viajou em seu caminho para chegar da fonte até nós", disse Masui. "Por causa disso, pensamos que eles serão a ferramenta definitiva para estudar o universo."

Muitas dessas explosões de rádio brilhantes detectadas pelo CHIME viajaram de galáxias distantes e provavelmente foram criadas por fontes incrivelmente energéticas - mas os pesquisadores ainda estão tentando determinar a natureza exata dessas fontes.

Com rajadas de rádio suficientemente rápidas, pode ser possível mapear a estrutura em grande escala do universo.

"Essas grandes estruturas constituem os filamentos da teia cósmica", disse Alex Josephy, estudante de doutorado em física na Universidade McGill, no Canadá. "Com o catálogo FRB, detectamos essa correlação entre os FRBs e a estrutura em grande escala. Isso é realmente empolgante e inaugura uma nova era de cosmologia." 

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