Quando os astrônomos notaram pela primeira vez a detecção de um Fast Radio Burst (FRB) em 2007 (também conhecido como Lorimer Burst), eles ficaram surpresos e intrigados. Essa explosão de alta energia de pulsos de rádio, que durou apenas alguns milissegundos, parecia estar vindo de fora da nossa galáxia. Desde então, os astrônomos encontraram evidências de muitos FRBs em dados gravados anteriormente e ainda especulam o que os causa.
Graças a descobertas e pesquisas subsequentes, os astrônomos agora sabem que os FRBs são muito mais comuns do que se pensava anteriormente. De fato, de acordo com um novo estudo realizado por uma equipe de pesquisadores do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (CfA), os FRBs podem ocorrer uma vez a cada segundo no Universo observável. Se verdadeiro, os FRBs podem ser uma ferramenta poderosa para pesquisar as origens e a evolução do cosmos.
O estudo, intitulado "Uma explosão rápida de rádio ocorre a cada segundo em todo o universo observável", apareceu recentemente em As Cartas do Jornal Astrofísico. O estudo foi liderado por Anastasia Fialkov, pesquisadora de pós-doutorado e bolsista do Instituto de Teoria e Computação (ITC) da CfA. A ela juntaram-se o professor Abraham Loeb, diretor do ITC e o professor de ciências Frank B. Baird Jr. em Harvard.
Como observado, os FRBs permaneceram um mistério desde que foram descobertos. Não apenas suas causas permanecem desconhecidas, mas muito sobre sua verdadeira natureza ainda não é compreendida. Como o Dr. Fialkov disse à Space Magazine por e-mail:
“FRBs (ou rajadas rápidas de rádio) são sinais astrofísicos de natureza indeterminada. As explosões observadas são curtas (ou milissegundos), pulsos brilhantes na parte de rádio do espectro eletromagnético (nas frequências de GHz). Até o momento, apenas 24 explosões foram observadas e ainda não sabemos ao certo quais processos físicos as desencadeiam. A explicação mais plausível é que eles são lançados pela rotação de estrelas de nêutrons magnetizadas. No entanto, essa teoria deve ser confirmada. ”
Para o estudo, Fialkov e Loeb se basearam em observações feitas por vários telescópios do rádio rápido repetido, conhecido como FRB 121102. Esse FRB foi observado pela primeira vez em 2012 por pesquisadores usando o radiotelescópio Arecibo em Porto Rico, e desde então tem sido confirmado como sendo proveniente de uma galáxia localizada a 3 bilhões de anos-luz de distância na direção da constelação de Auriga.
Desde que foi descoberto, foram detectadas rajadas adicionais provenientes de sua localização, tornando o FRB 121102 o único exemplo conhecido de um FRB repetido. Essa natureza repetitiva também permitiu aos astrônomos realizar estudos mais detalhados sobre ela do que qualquer outro FRB. Como o professor Loeb disse à Space Magazine por e-mail, esses e outros motivos o tornaram o alvo ideal para o estudo:
“O FRB 121102 é o único FRB para o qual uma galáxia hospedeira e uma distância foram identificadas. É também a única fonte FRB repetida a partir da qual detectamos centenas de FRBs até agora. O espectro de rádio de seus FRBs é centrado em uma frequência característica e não cobre uma banda muito ampla. Isso tem implicações importantes para a detectabilidade de tais FRBs, porque, para encontrá-los, o observatório de rádio precisa estar sintonizado em sua frequência. ”
Com base no que se sabe sobre FRB 121102, Fialkov e Loeb conduziram uma série de cálculos que supunham que seu comportamento fosse representativo de todos os FRBs. Eles então projetaram quantos FRBs existiriam em todo o céu e determinaram que dentro do Universo observável, um FRB provavelmente ocorreria uma vez a cada segundo. Fialkov explicou:
“Supondo que os FRBs sejam produzidos por galáxias de um tipo específico (por exemplo, semelhante ao FRB 121102), podemos calcular quantos FRBs devem ser produzidos por cada galáxia para explicar as observações existentes (ou seja, 2000 por céu por dia). Com esse número em mente, podemos inferir a taxa de produção para toda a população de galáxias. Este cálculo mostra que um FRB ocorre a cada segundo ao contabilizar todos os eventos fracos. ”
Embora a natureza exata e as origens dos FRBs ainda sejam desconhecidas - as sugestões incluem estrelas rotativas de nêutrons e até inteligência alienígena! - Fialkov e Loeb indicam que eles poderiam ser usados para estudar a estrutura e evolução do Universo. Se, de fato, ocorrem com frequência tão frequente em todo o cosmos, fontes mais distantes podem atuar como sondas nas quais os astrônomos se apóiam para explorar as profundezas do espaço.
Por exemplo, em vastas distâncias cósmicas, há uma quantidade significativa de material intermediário que dificulta aos astrônomos o estudo do Fundo Cósmico de Microondas (CMB) - a radiação restante do Big Bang. Os estudos desse material intermediário poderiam levar a novas estimativas de quão denso é o espaço - ou seja, quanto dele é composto de matéria comum, matéria escura e energia escura - e com que rapidez está se expandindo.
E como o professor Loeb indicou, os FRBs também poderiam ser usados para explorar questões cosmológicas duradouras, como o final da "Idade das Trevas" do Universo:
“Os FRBs podem ser usados para medir a coluna de elétrons livres em direção à sua fonte. Isso pode ser usado para medir a densidade da matéria comum entre galáxias no universo atual. Além disso, FRBs nos primeiros tempos cósmicos podem ser usados para descobrir quando a luz ultravioleta das primeiras estrelas quebrou os átomos primordiais de hidrogênio que restaram do Big Bang em seus elétrons e prótons constituintes. ”
A "Idade das Trevas", que ocorreu entre 380.000 e 150 milhões de anos após o Big Bang, foi caracterizada por uma "névoa" de átomos de hidrogênio interagindo com fótons. Como resultado disso, a radiação desse período é indetectável por nossos instrumentos atuais. Atualmente, os cientistas ainda estão tentando resolver como o Universo fez a transição entre essas "idades das trevas" e as épocas subsequentes, quando o Universo estava cheio de luz.
Esse período de "reionização", que ocorreu de 150 a 1 bilhão de anos após o Big Bang, foi quando as primeiras estrelas e quasares se formaram. Geralmente, acredita-se que a luz UV das primeiras estrelas do Universo viajou para fora para ionizar o gás hidrogênio (limpando a névoa). Um estudo recente também sugeriu que os buracos negros existentes no Universo primitivo criaram os "ventos" necessários que permitiam que essa radiação ionizante escapasse.
Para esse fim, os FRBs poderiam ser usados para investigar esse período inicial do Universo e determinar o que quebrou essa “névoa” e permitiu que a luz escapasse. O estudo de FRBs muito distantes poderia permitir que os cientistas estudassem onde, quando e como esse processo de “reionização” ocorreu. Olhando para o futuro, Fialkov e Loeb explicaram como futuros radiotelescópios poderão descobrir muitos FRBs.
"Os futuros observatórios de rádio, como o Square Kilometer Array, serão sensíveis o suficiente para detectar FRBs da primeira geração de galáxias na extremidade do universo observável", disse Loeb. "Nosso trabalho fornece a primeira estimativa do número e propriedades dos primeiros flashes de ondas de rádio que se acenderam no universo infantil".
E há o Experimento Canadense de Mapeamento de Intensidade de Hidrogênio (CHIME) no Observatório Astrofísico da Rádio Dominion, na Colúmbia Britânica, que começou a operar recentemente. Esses e outros instrumentos servirão como ferramentas poderosas para detectar FRBs, que por sua vez podem ser usados para visualizar regiões de tempo e espaço anteriormente não vistas, e desvendar alguns dos mais profundos mistérios cosmológicos.
“[Nós] achamos que um telescópio de próxima geração (com uma sensibilidade muito melhor do que os existentes) deverá ver muito mais FRBs do que o que é observado hoje”, disse o Dr. Fialkov. “Isso permitiria caracterizar a população de FRBs e identificar sua origem. Compreender a natureza dos FRBs será um grande avanço. Uma vez conhecidas as propriedades dessas fontes, os FRBs podem ser usados como faróis cósmicos para explorar o Universo. Uma aplicação é estudar a história da reionização (transição de fase cósmica quando o gás intergaláctico foi ionizado por estrelas). ”
É um pensamento inspirado, usando fenômenos cósmicos naturais como ferramentas de pesquisa. A esse respeito, usar FRBs para sondar os objetos mais distantes no espaço (e o mais remota possível) é como usar quasares como faróis de navegação. No final, avançar nosso conhecimento do Universo nos permite explorar mais.
