Censo recente liga explosões rápidas de rádio (FRBs) a magnetars em galáxias grandes e jovens

De diferentes pontos do firmamento, o Universo está disparando sinais enigmáticos.

Ainda não está claro o que exatamente são esses pulsos, nem o que os produz; porém, uma nova análise sobre a origem deles no espaço oferece pistas importantes sobre as fontes dessas emissões estranhas, conhecidas como explosões rápidas de rádio (FRBs).

O que são as explosões rápidas de rádio (FRBs)

As FRBs são descargas de luz em rádio extremamente intensas, mas de duração curtíssima: vão de frações de um milissegundo a alguns segundos. Elas chegam de todas as direções do céu, e suas fontes estão a milhões a bilhões de anos-luz de distância, muitas vezes parecendo piscar uma única vez e nunca mais.

Esse comportamento torna as FRBs imprevisíveis e difíceis de rastrear até a origem. Mesmo assim, a detecção vem melhorando com programas de monitoramento de grande campo, e também avançou a capacidade de identificar as galáxias hospedeiras desses eventos.

Sobre a natureza do fenômeno, as hipóteses estão se tornando mais concretas - e, para deixar claro, não se trata de alienígenas. A primeira FRB detectada na Via Láctea, em 2020, foi associada a um magnetar: um tipo de estrela de nêutrons com um campo magnético 1.000 vezes mais forte do que o de uma estrela de nêutrons comum. A “disputa” entre o campo magnético e a gravidade do objeto pode gerar abalos na estrela, capazes de emitir flashes de rádio que atravessam o espaço.

Nem todas as FRBs se comportam do mesmo jeito, então é plausível que exista mais de um tipo de fonte. Por isso, reduzir a incerteza sobre onde esses objetos estão ajuda a entender quais condições ambientais favorecem sua produção - e, a partir daí, inferir o que eles são.

O novo censo de galáxias hospedeiras observado com a DSA

Em um trabalho liderado pela astrônoma Kritti Sharma, do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), uma equipe internacional realizou um “censo” de FRBs e concluiu que elas tendem a surgir, com maior probabilidade, em galáxias que abrigam populações estelares relativamente jovens. Isso, em si, é compatível com o cenário em que magnetars são os progenitores.

Para chegar a esse resultado, Sharma e colegas reuniram observações feitas com um interferômetro de rádio chamado Matriz Sinóptica Profunda (DSA), em um esforço dedicado a detectar FRBs e localizar com mais precisão seus pontos de origem. O grupo analisou com cuidado as características de 30 galáxias hospedeiras e verificou que, em geral, os pulsos de rádio emergem de sistemas com muitas estrelas jovens.

Essa relação faz sentido se os progenitores das FRBs forem magnetars. Estrelas de nêutrons são os núcleos colapsados de estrelas massivas que explodiram como supernovas por colapso do núcleo. Como estrelas muito massivas vivem menos do que estrelas menores, espera-se que estrelas de nêutrons - e, em especial, magnetars, que são estrelas de nêutrons jovens - apareçam com mais frequência em regiões dominadas por estrelas jovens e de vida curta.

Por que galáxias grandes e jovens chamaram a atenção

O que a equipe não esperava era outro ponto: as galáxias hospedeiras mais prováveis, além de terem estrelas jovens, tendem a ser bem grandes e ricas em estrelas - justamente um tipo de galáxia que não é tão comum.

Embora já tenham sido observadas FRBs em populações de estrelas antigas e também em galáxias de baixa massa, a análise indicou que, de longe, os progenitores mais frequentes estão em galáxias de alta massa com estrelas jovens. Isso sugere que ambientes estelares massivos e jovens são importantes para a formação dos progenitores de FRBs; se não fossem, seria esperado um espalhamento bem mais amplo do fenômeno entre diferentes tipos de galáxias.

O motivo exato dessa preferência ainda não é conhecido, mas os pesquisadores levantam que a metalicidade dessas galáxias massivas, com intensa formação estelar, pode ter influência. Em geral, galáxias grandes apresentam maior conteúdo de elementos pesados do que galáxias de menor massa - e também tendem a formar estrelas mais pesadas.

Um desafio ao cenário de supernovas por colapso do núcleo

Há, porém, outra dificuldade: supernovas por colapso do núcleo ocorrem em uma taxa semelhante à taxa de formação estelar no Universo. Se os magnetars responsáveis pelas FRBs surgissem majoritariamente por esse caminho, a distribuição de FRBs deveria acompanhar, de maneira ampla, a distribuição dessas supernovas - inclusive em galáxias de baixa massa. Mas não é o que os dados mostram.

Esse descompasso indica que magnetars formados via colapso do núcleo provavelmente não são o principal tipo de progenitor de FRBs.

A hipótese de magnetars nascidos de fusões em sistemas binários

A equipe então recorreu a simulações e encontrou uma alternativa: os magnetars que emitem FRBs poderiam se formar a partir de fusões de estrelas em sistemas binários. Esse tipo de evento seria mais provável em ambientes com maior abundância de estrelas massivas - como as galáxias identificadas na amostra.

Ainda não existe uma explicação plenamente integrada para a origem das FRBs. Mesmo assim, o novo estudo reforça de forma significativa o caso a favor dos magnetars e, além disso, aponta que circunstâncias especiais para a formação desses magnetars também podem estar em jogo.

A investigação das FRBs continua

A pesquisa sobre FRBs segue avançando, e astrônomos vêm encontrando esses sinais estranhos com frequência crescente. Quanto maior o número de detecções, maior será o volume de dados disponível para análises capazes de esclarecer o mistério por trás das origens das explosões rápidas de rádio (FRBs). É um período especialmente empolgante para acompanhar e estudar o céu.

O estudo foi publicado na revista Nature.