"RAJADA" VELOZ DE RÁDIO LIGADA A UMA GALÁXIA ANÃ DISTANTE E, TALVEZ, A UM MAGNETAR
6 de janeiro de 2017
O VLA determinou pela primeira vez a localização de uma explosão rápida de rádio numa galáxia anã a cerca de 3 mil milhões de anos-luz da Terra.
Crédito: Danielle Futselaar
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Uma das raras e breves explosões de ondas cósmicas de rádio que confundiram os astrónomos, desde que foram detetadas há quase 10 anos, foi finalmente ligada a uma fonte: uma galáxia anã antiga a mais de 3 mil milhões de anos-luz da Terra.
As explosões rápidas no rádio, que piscam por apenas alguns milissegundos, criaram agitação entre os astrónomos porque pareciam estar vindo de fora da nossa Galáxia, o que significa que teriam de ser muito poderosas para serem avistadas da Terra, e porque nenhuma dessas observadas pela primeira vez foram vistas novamente.
No entanto, uma explosão repetida foi descoberta em 2012, proporcionando uma oportunidade para uma equipa de investigadores monitorizar repetidamente a sua área do céu com o VLA (Karl Jansky Very Large Array) no estado norte-americano do Novo México e o radiotelescópio de Arecibo em Porto Rico, na esperança de determinar a sua localização.
Graças ao desenvolvimento de gravação de dados a alta-velocidade e a software de análise de dados em tempo real, por um astrónomo da Universidade da Califórnia, Berkeley, o VLA detetou no ano passado um total de nove explosões durante um período de um mês, o suficiente para localizá-las dentro de uma área com um décimo de segundo de arco no céu. Subsequentemente, maiores interferómetros de rádio europeus e americanos localizaram as explosões até um centésimo de segundo de arco, numa região com aproximadamente 100 anos-luz em diâmetro.
As imagens profundas dessa região, pelo Telescópio Gemini Norte no Hawaii, mostraram a existência de uma galáxia anã muito ténue no visível, que o VLA subsequentemente descobriu também emitir continuamente ondas de rádio de baixo nível, típicas de uma galáxia com um núcleo ativo talvez indiciativo de um buraco negro supermassivo central. A galáxia tem uma baixa abundância de elementos que não hidrogénio e hélio, o que sugere que a galáxia se formou durante a meia-idade do Universo.
A origem de uma explosão rápida no rádio, neste tipo de galáxia anã, sugere uma ligação com outros eventos energéticos que ocorrem em galáxias anãs semelhantes, diz Casey Law, astrónomo de Berkeley, que liderou o desenvolvimento do sistema de aquisição de dados e criou o software de análise para procurar explosões rápidas e singulares.
Segundo o cientista, as estrelas explosivas extremamente brilhantes e as longas explosões de raios-gama também ocorrem neste tipo de galáxia. Pensa-se que ambos os eventos estejam associados com estrelas de neutrões massivas, altamente magnetizadas e de rotação rápida a que chamamos magnetares. As estrelas de neutrões são objetos compactos e densos formados em explosões de supernova, vistos principalmente como pulsares porque emitem pulsos de rádio periódicos enquanto giram.
"Todas estas evidências apontam para a ideia de que neste ambiente, algo produz estes magnetares," explica Law. "Podem ser formados por uma supernova superluminosa ou por uma longa explosão de raios-gama e, depois, à medida que evolui e a sua rotação diminui um pouco, produz estas rajadas de rádio, bem como uma emissão de rádio contínua alimentada por essa diminuição na rotação. Mais tarde na sua vida, parece que os magnetares que vemos na nossa Galáxia, que têm campos magnéticos extremamente fortes, rodam mais como pulsares comuns."
Nessa interpretação, salienta, as explosões rápidas no rádio são como berros de uma criança.
No entanto, isto é apenas uma teoria. Existem muitas outras, apensar de novos dados excluírem várias explicações sugeridas para a fonte dessas explosões.
"Nós somos os primeiros a mostrar que este é um fenómeno cosmológico. Não é algo no nosso quintal cósmico. E somos os primeiros a ver onde este fenómeno tem lugar, nesta pequena galáxia, o que eu acho que é uma surpresa," comenta Law. "Agora o nosso objetivo é descobrir porque é que isto acontece."
Law, o líder da equipa Shami Chatterjee da Universidade de Cornell e outros astrónomos do grupo científico apresentaram os seus achados anteontem na reunião da Sociedade Astronómica Americana em Grapevine, no estado norte-americano do Texas, na revista científica Nature e em dois artigos complementares que serão publicados na revista Astrophysical Journal Letters.
À procura de transientes
As explosões rápidas no rádio são altamente energéticas - embora não sejam suficientemente energéticas para fazer explodir uma estrela - e têm vida muito curta, durando apenas entre um e cinco milissegundos. Estas rajadas de ondas de rádio permaneceram um mistério desde que a primeira foi descoberta em 2007 por investigadores que vasculhavam dados arquivados do Radiotelescópio Parkes na Austrália, em busca de novos pulsares. A explosão que encontraram teve lugar em 2001.
Existem agora 18 explosões rápidas no rádio conhecidas, todas descobertas usando radiotelescópios com uma única antena que não são capazes de determinar a localização do objeto com precisão suficiente para permitir que outros observatórios identifiquem o ambiente ou que as encontrem noutros comprimentos de onda. A primeira e única explosão repetida que conhecemos, de nome FRB 121102, foi descoberta na direção da constelação de Cocheiro em novembro de 2012 pelo Observatório Arecibo em Porto Rico, e já ocorreu várias vezes.
Law tem trabalhado, nos últimos anos, em métodos para encontrar rajadas transitórias no rádio como estas, o que exige a recolha de cerca de um terabyte de dados por hora. No VLA, ele atualmente usa 24 CPUs (central processing units, em português unidades centrais de processamento) em paralelo, tanto para gravar como para pesquisar os dados em busca de breves explosões de rádio.
"O tema geral, primeiro com o ATA (Allen Telescope Array) e agora com o VLA, é usar estes interferómetros como câmaras de alta velocidade, pegando na sensível capacidade de imagem do telescópio, aumentando a taxa de dados e melhorando os nossos algoritmos para ter acesso a estes transientes na escala de tempo dos milissegundos. "Nós realmente esforçámo-nos para capturar de modo confiável este 'stream' de dados de um terabyte por hora e para configurar uma plataforma em tempo real que extraia estas rápidas e ténues explosões desse fluxo de dados gigantesco."
A primeira explosão foi descoberta nos dados apenas algumas horas depois de ter sido gravada no dia 23 de agosto, realça Law.
"Observámos durante cerca de 40 horas no início do ano passado e não vimos nada," explica. "Então começámos uma nova campanha no outono de 2016, e na nossa primeira observação vimos uma. Então observámos por mais outras 40 horas e vimos mais oito rajadas. Esta 'coisa' acendeu-se de repente."
Law espera mudar em breve para 64 GPUs (graphics processing units, em português unidades de processamento gráfico) dedicados e mais poderosos - para que a análise em tempo real seja possível.
Enquanto Law tem a sua hipótese principal para a origem destas rápidas rajadas de rádio - um magnetar rodeado por qualquer material expelido por uma explosão de supernova ou por um pulsar resultante - existem outras possibilidades. Uma alternativa é que o núcleo ativo da galáxia, com emissão de rádio proveniente de jatos de material emitidos pela região em torno de um buraco negro supermassivo. A fonte da explosão rápida no rádio está até 100 anos-luz das emissões contínuas de rádio oriundas do núcleo da galáxia, sugerindo que são as mesmas ou que estão fisicamente associadas.
"A descoberta da galáxia hospedeira desta rápida explosão no rádio é um grande passo em frente, mas ainda temos muito mais a fazer antes de entendermos o que são estas coisas," realça Chatterjee.
Enquanto o radiotelescópio de Arecibo pôde apenas localizar a rajada de rádio na área dentro dos dois círculos, o VLA foi capaz de determinar a sua posição numa galáxia anã dentro do quadrado, que pode ser vista na intersecção das linhas na imagem ampliada no canto inferior direito.
Crédito: Universidade de Berkeley
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As antenas globalmente distribuídas da rede europeia VLBI ligadas ao Telescópio William E. Gordon de 305 metros do Observatório de Arecibo em Porto Rico, usadas para localizar a posição exata da explosão rápida de rádio.
Crédito: Danielle Futselaar
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