El Hubble rastrea potentes erupciones de radio en los brazos de galaxias espirales

Los astrónomos que utilizan el telescopio espacial Hubble de la NASA han rastreado la ubicación de hasta cinco breves y potentes explosiones de radio en los brazos espirales de cinco galaxias distantes.

Los astrónomos que utilizan el telescopio espacial Hubble han rastreado dos breves y potentes ráfagas de radio hasta los brazos espirales de las dos galaxias que se muestran en la parte superior e inferior de esta imagen. Los nombres de catálogo de las ráfagas son FRB 190714, fila superior y FRB 180924, fila inferior. Las galaxias están lejos de la Tierra, apareciendo como se veían hace miles de millones de años. Las líneas ovaladas de puntos en cada una de las cuatro imágenes marcan la ubicación de las brillantes bengalas de radio. Las dos imágenes de la izquierda muestran las instantáneas completas del Hubble de cada galaxia. Para estudiar la estructura espiral de cada galaxia con más detalle, los investigadores superpusieron un modelo informático de la luz estelar de las galaxias en las imágenes de la izquierda. Luego restaron la luz estelar más suave y difusa de cada una de esas imágenes. Las dos imágenes resultantes a la derecha revelan los brazos espirales de cada galaxia con mayor claridad, que eran más difíciles de ver en las imágenes originales. Debido a que estos pulsos de radio desaparecen en mucho menos de un abrir y cerrar de ojos, los investigadores han tenido dificultades para rastrear de dónde provienen. Estas galaxias son parte de un estudio para determinar el origen de ráfagas de radio rápidas, que pueden liberar tanta energía en una milésima de segundo como lo hace el Sol en un año. La identificación de la ubicación de las ráfagas de radio ayudó a los investigadores a reducir la lista de posibles fuentes de FRB que pueden generar tsunamis de energía tan prodigiosos. Una de las principales explicaciones posibles es una ráfaga torrencial de una joven magnetar. Los magnetares son un tipo de estrella de neutrones con campos magnéticos extraordinariamente poderosos. Las observaciones se realizaron en luz ultravioleta e infrarroja cercana con la cámara de campo amplio 3 del Hubble. Las imágenes se tomaron entre noviembre de 2019 y abril de 2020. CRÉDITOS: CIENCIA: NASA, ESA, Alexandra Mannings (UC Santa Cruz), Wen-fai Fong (Noroeste) PROCESAMIENTO DE IMAGEN: Alyssa Pagan (STScI)

Llamados ráfagas de radio rápidas (FRB), estos eventos extraordinarios generan tanta energía en una milésima de segundo como lo hace el Sol en un año. Debido a que estos pulsos de radio transitorios desaparecen en mucho menos que un abrir y cerrar de ojos, los investigadores han tenido dificultades para rastrear de dónde provienen, y mucho menos para determinar qué tipo de objeto u objetos los están causando. Por lo tanto, la mayoría de las veces, los astrónomos no saben exactamente dónde buscar.

Localizar de dónde provienen estas explosiones y, en particular, de qué galaxias se originan, es importante para determinar qué tipo de eventos astronómicos desencadenan destellos de energía tan intensos. La nueva encuesta del Hubble de ocho FRB ayuda a los investigadores a reducir la lista de posibles fuentes de FRB.

Parpadea en la noche

El primer FRB fue descubierto en datos archivados registrados por el observatorio de radio Parkes el 24 de julio de 2001. Desde entonces, los astrónomos han descubierto hasta 1 000 FRB, pero solo han podido asociar aproximadamente 15 de ellos a galaxias particulares.

"Nuestros resultados son nuevos y emocionantes. Esta es la primera vista de alta resolución de una población de FRB, y Hubble revela que cinco de ellos están localizados cerca o en los brazos espirales de una galaxia", dijo Alexandra Mannings de la Universidad de California, Santa Cruz, autor principal del estudio. "La mayoría de las galaxias son masivas, relativamente jóvenes y aún están formando estrellas. Las imágenes nos permiten tener una mejor idea de las propiedades generales de la galaxia anfitriona, como su masa y tasa de formación de estrellas, así como investigar lo que está sucediendo correctamente. en la posición de FRB porque el Hubble tiene una gran resolución ".

En el estudio de Hubble, los astrónomos no solo los fijaron a todos para albergar galaxias, sino que también identificaron los tipos de ubicaciones de las que se originaron. Hubble observó una de las ubicaciones de FRB en 2017 y las otras siete en 2019 y 2020.

"No sabemos qué causa los FRB, por lo que es realmente importante usar el contexto cuando lo tenemos", dijo el miembro del equipo Wen-fai Fong de la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois. "Esta técnica ha funcionado muy bien para identificar a los progenitores de otros tipos de transitorios, como supernovas y estallidos de rayos gamma. Hubble también jugó un papel importante en esos estudios".

Las galaxias del estudio de Hubble existieron hace miles de millones de años. Los astrónomos, por lo tanto, están viendo las galaxias como aparecieron cuando el universo tenía aproximadamente la mitad de su edad actual.

Muchos de ellos son tan masivos como nuestra Vía Láctea. Las observaciones se realizaron en luz ultravioleta e infrarroja cercana con la cámara de campo amplio 3 del Hubble.

La luz ultravioleta traza el brillo de las estrellas jóvenes a lo largo de los brazos sinuosos de una galaxia espiral. Los investigadores utilizaron las imágenes del infrarrojo cercano para calcular la masa de las galaxias y encontrar dónde residen las poblaciones de estrellas más antiguas.

En busca de los barrios de enigmáticos y rápidos estallidos de radio (FRB), los astrónomos que utilizaron el telescopio espacial Hubble rastrearon cuatro de ellos hasta los brazos espirales de las cuatro galaxias distantes que se muestran en la imagen. Las ráfagas están catalogadas como FRB 190714, arriba a la izquierda; FRB 191001, arriba a la derecha; FRB 180924, en la parte inferior izquierda; y FRB 190608, en la parte inferior derecha. Debido a que estos pulsos de radio desaparecen en mucho menos de un abrir y cerrar de ojos, los investigadores han tenido dificultades para rastrear de dónde provienen. Las galaxias están lejos de la Tierra, apareciendo como se veían hace miles de millones de años. Con la ayuda de la visión nítida del Hubble, los astrónomos señalaron la ubicación de las ráfagas de radio rápidas (indicadas por las líneas ovaladas de puntos) en los brazos espirales de las galaxias. Estas galaxias son parte de un estudio para determinar el origen de estas llamaradas brillantes, que pueden liberar tanta energía en una milésima de segundo como lo hace el Sol en un año. La identificación de la ubicación de las ráfagas de radio ayudó a los investigadores a reducir la lista de posibles fuentes de FRB que pueden generar tsunamis de energía tan prodigiosos. Una de las principales explicaciones posibles es una ráfaga torrencial de una joven magnetar. Los magnetares son un tipo de estrella de neutrones con campos magnéticos extraordinariamente poderosos. Las observaciones se realizaron en luz ultravioleta e infrarroja cercana con la cámara de campo amplio 3 del Hubble. Las imágenes se tomaron entre noviembre de 2019 y abril de 2020. CRÉDITOS: CIENCIA: NASA, ESA, Alexandra Mannings (UC Santa Cruz), Wen-fai Fong (Noroeste) PROCESAMIENTO DE IMAGEN: Alyssa Pagan (STScI)

Ubicación, ubicación, ubicación

Las imágenes muestran una diversidad de estructuras de brazos en espiral, desde las más apretadas hasta las más difusas, revelando cómo se distribuyen las estrellas a lo largo de estas características prominentes. Los brazos espirales de una galaxia trazan la distribución de estrellas jóvenes y masivas. Sin embargo, las imágenes del Hubble revelan que los FRB que se encuentran cerca de los brazos espirales no provienen de las regiones más brillantes, que resplandecen con la luz de grandes estrellas. Las imágenes ayudan a respaldar una imagen de que los FRB probablemente no se originan en las estrellas más jóvenes y masivas.

Estas pistas ayudaron a los investigadores a descartar algunos de los posibles desencadenantes de los tipos de estas llamaradas brillantes, incluidas las muertes explosivas de las estrellas más jóvenes y masivas, que generan estallidos de rayos gamma y algunos tipos de supernovas. Otra fuente poco probable es la fusión de estrellas de neutrones, los núcleos aplastados de estrellas que acaban con sus vidas en explosiones de supernovas. Estas fusiones tardan miles de millones de años en ocurrir y generalmente se encuentran lejos de los brazos espirales de las galaxias más antiguas que ya no están formando estrellas.

Monstruos magnéticos

Los resultados del Hubble del equipo, sin embargo, son consistentes con el modelo principal de que los FRB se originan a partir de explosiones de magnetar jóvenes. Los magnetares son un tipo de estrella de neutrones con poderosos campos magnéticos. Se les llama los imanes más fuertes del universo, ya que poseen un campo magnético que es 10 billones de veces más poderoso que el imán de la puerta de un refrigerador. El año pasado, los astrónomos vincularon las observaciones de un FRB detectado en nuestra galaxia, la Vía Láctea, con una región donde reside un magnetar conocido.

"Debido a sus fuertes campos magnéticos, los magnetares son bastante impredecibles", explicó Fong. "En este caso, se cree que las FRB provienen de las llamaradas de una magnetar joven. Las estrellas masivas pasan por la evolución estelar y se convierten en estrellas de neutrones, algunas de las cuales pueden magnetizarse fuertemente, lo que lleva a llamaradas y procesos magnéticos en sus superficies, que pueden emitir luz de radio. Nuestro estudio encaja con esa imagen y descarta a los progenitores muy jóvenes o muy viejos de los FRB ".

Las observaciones también ayudaron a los investigadores a fortalecer la asociación de las FRB con galaxias masivas en formación de estrellas. Las observaciones terrestres anteriores de algunas posibles galaxias anfitrionas de FRB no detectaron con tanta claridad la estructura subyacente, como los brazos espirales, en muchas de ellas. Los astrónomos, por lo tanto, no pudieron descartar la posibilidad de que los FRB se originen en una galaxia enana que se esconde debajo de una masiva. En el nuevo estudio de Hubble, el procesamiento y análisis cuidadosos de las imágenes permitió a los investigadores descartar galaxias enanas subyacentes, según el coautor Sunil Simha de la Universidad de California en Santa Cruz.

Aunque los resultados del Hubble son emocionantes, los investigadores dicen que necesitan más observaciones para desarrollar una imagen más definitiva de estos destellos enigmáticos y localizar mejor su origen. "Este es un campo tan nuevo y emocionante", dijo Fong. "Encontrar estos eventos localizados es una pieza importante del rompecabezas, y una pieza única en comparación con lo que se ha hecho antes. Esta es una contribución única del Hubble".

Los resultados del equipo aparecerán en un próximo número de The Astrophysical Journal.

El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland, lleva a cabo las operaciones científicas del Hubble. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía en Washington, D.C.

Imagen del autor del telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA. Crédito: NASA.

Contacto con los medios:

Donna Weaver

Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Baltimore, Maryland

Ray Villard

Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Baltimore, Maryland

Contacto científico:

Alexandra Mannings

Universidad de California, Santa Cruz, Santa Cruz, California

Wen-fai Fong

Universidad Northwestern, Evanston, IllinoisPUBLICACIÓN: NASA, ESA, STScI, Alexandra Mannings (UC Santa Cruz), Wen-fai Fong (Noroeste)

Enlaces y documentos relacionados:

• Artículo científico: El artículo científico de A. Mannings et al., PDF (4.29 MB)
• Portal Hubble de la NASA
• Video de FRB de Goddard (en YouTube)
• Liberación de la Universidad de California Santa Cruz

• Publicado en Hubble/NASA el 20 de mayo del 2021, enlace publicación.