Resolviendo el extraño rompecabezas de las ráfagas de radio rápidas

Este trabajo demuestra que los nuevos telescopios con capacidades únicas, como el ATA, pueden proporcionar una nueva perspectiva sobre los misterios excepcionales de la ciencia FRB.

Un equipo de científicos del Instituto SETI ha revelado nuevos conocimientos sobre un misterio cósmico conocido como Fast Radio Bursts (FRB). El descubrimiento y la observación detallada de la repetición FRB 20220912A, realizada en el Allen Telescope Array (ATA) mejorado del Instituto SETI, ha arrojado luz sobre la naturaleza de estas señales espaciales.

Los FRB son ráfagas breves e intensas de ondas de radio procedentes del espacio profundo. Si bien la mayoría ocurre sólo una vez, algunos “repetidores” envían señales más de una vez, lo que aumenta la intriga de comprender su origen. En 541 horas de observación, los investigadores detectaron 35 FRB del repetidor FRB 20220912A. Las observaciones, realizadas con el ATA, cubrieron una amplia gama de frecuencias de radio y revelaron patrones fascinantes. Los 35 FRB se encontraron en el extremo inferior del espectro de frecuencia, cada uno con su propia firma energética única.

Espectros dinámicos (o gráficos en “cascada”) para todas las ráfagas de FRB 20220912A detectadas utilizando Allen Telescope Array, perfiles de pulso de frecuencia promedio y espectros de tiempo promedio.
Las regiones sombreadas en rojo en los gráficos de series temporales indican el rango de tiempo de las subráfagas definidas, con líneas verticales rojas que delimitan las subráfagas adyacentes. Crédito: Instituto SETI

Perspectivas de las observaciones del Instituto SETI

«Este trabajo es apasionante porque proporciona tanto la confirmación de las propiedades conocidas de los FRB como el descubrimiento de algunas nuevas», dijo la Dra. Sofia Sheikh del Instituto SETI, becaria postdoctoral de NSF MPS-Ascend y autora principal. “Estamos limitando el origen de los FRB, por ejemplo, a objetos extremos como los magnetares, pero ningún modelo existente puede explicar todas las propiedades observadas hasta ahora. Fue maravilloso ser parte del primer estudio de FRB realizado con ATA: este trabajo demuestra que los nuevos telescopios con capacidades únicas, como el ATA, pueden proporcionar una nueva perspectiva sobre los misterios excepcionales de la ciencia de FRB”.

Los resultados detallados, publicados recientemente en la revista Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society (MNRAS), muestran los comportamientos intrigantes de los FRB. Estas misteriosas señales muestran una deriva de frecuencia descendente, una conexión entre su ancho de banda y la frecuencia central, y cambios en la duración de las ráfagas a lo largo del tiempo. El equipo también observó algo que nunca antes se había informado: hubo una caída notable en la frecuencia central de los destellos en el transcurso de dos meses de observación, lo que reveló un silbido cósmico inesperado.

Dos parámetros del conjunto de datos FRB 20220912A (frecuencia central y ancho de banda) trazados a lo largo del tiempo, en fecha juliana modificada (MJD), desde el inicio de la campaña hasta el final de la misma (un período de aproximadamente 60 días). El panel a) indica que la frecuencia central de FRB disminuye a lo largo de la campaña (con los residuos del ajuste y una pauta no paramétrica BAJA que se muestran a continuación en azul). El panel b) muestra la misma disminución a lo largo del tiempo para el ancho de banda. Crédito: Instituto SETI

Además, los investigadores utilizaron estas observaciones para predecir un punto de corte para las ráfagas más brillantes de FRB 20220912A, lo que indica su contribución a la velocidad general de la señal cósmica. De hecho, este objeto específico fue responsable de un pequeño porcentaje de todos los FRB fuertes presentes en el cielo durante estas observaciones.

El estudio también investigó los patrones temporales de secuencias en ráfaga, buscando repeticiones dentro y entre FRB. No se encontró ningún patrón claro, lo que pone de relieve la imprevisibilidad de estos fenómenos celestes.

El papel del sistema del telescopio Allen

Este trabajo demuestra el importante papel de ATA en la decodificación de los misterios de los FRB. El ATA tiene la capacidad única de grabar una gran cantidad de canales de frecuencia al mismo tiempo, incluso si están muy separados, por ejemplo cuando algunas frecuencias son muy altas y otras muy bajas. Esto permite realizar comprobaciones instantáneas cuando entra un FRB, para limitar lo que el FRB está haciendo simultáneamente en frecuencias altas y bajas. Las actualizaciones continuas prometen aún más capacidad, para ver FRB más débiles en más frecuencias simultáneamente, asegurando que ATA permanezca a la vanguardia del avance de nuestra comprensión de los FRB.

El Allen Telescope Array (ATA) con base en el Observatorio de Radioastronomía de Hat Creek, California, EE. UU. El ATA es operado por el Instituto SETI, está diseñado como una herramienta dedicada a la búsqueda de firmas tecnológicas y tiene el potencial de ser una instalación poderosa para estudiar transitorios. Crédito: Joe Marfia

«Es emocionante ver a la ATA participar en la investigación de FRB tres años después de que comenzara el programa de actualización», dijo el Dr. Wael Farah, científico y coautor del proyecto ATA del Instituto SETI. «ATA cuenta con capacidades únicas que se utilizan en muchos esfuerzos de investigación, incluidos los transitorios rápidos».

Este descubrimiento histórico marca un importante paso adelante en la búsqueda en curso para descubrir los secretos de los objetos extremos del universo. A medida que los científicos continúan explorando el cosmos, cada característica única que descubrimos nos acerca a la comprensión de los orígenes y la naturaleza de estas cautivadoras señales cósmicas.

Referencia: “Caracterización del FRB 20220912A repetitivo con el conjunto de telescopios Allen” por Sofia Z. Sheikh, Wael Farah, Alexander W. Pollak, Andrew, PV, Siemion, Mohammed A. Chamma, Luigi F. Cruz, Roy H. Davis, David R. DeBoer, Vishal Gajjar, Phil Karn, Jamar Kittling, Wenbin Lu, Mark Masters, Pranav Premnath, Sarah Schoultz, Carol Shumaker, Gurmehar Singh y Michael Snodgrass, Aceptado, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
arXiv:2312.07756