Potentes pulsos de radio que se originan en las profundidades del cosmos Exploran la materia oculta alrededor de las galaxias

El concepto de este artista muestra ráfagas de radio rápidas y distantes que penetran halos de gas alrededor de las galaxias en el universo local. Las ráfagas de radio se representan a medida que viajan desde el cosmos distante, a través de halos galácticos y, finalmente, alcanzan los telescopios en la Tierra. Los bultos que se ven en dos de las líneas representan la explosión de radio mientras viajan a la Tierra. Crédito: Cortesía de Charles Carter

Los poderosos pulsos de radio cósmicos que se originan en las profundidades del universo pueden usarse para estudiar charcos ocultos de gas que envuelven galaxias cercanas, según un nuevo estudio publicado el mes pasado en la revista. Astronomía de la naturaleza.

Así llamado ráfagas de radio rápidas, o FRB, son pulsos de ondas de radio que normalmente se originan a millones o miles de millones de años luz de distancia. (Las ondas de radio son radiación electromagnética como la luz que vemos con nuestros ojos, pero tienen longitudes de onda más largas y frecuencias más bajas). El primer FRB se descubrió en 2007 y desde entonces se han detectado cientos más. En 2020, el instrumento STARE2 de Caltech (Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2) y el CHIME canadiense (Experimento de mapeo de intensidad de hidrógeno canadiense) detectó un enorme FRB que explotó en nuestra galaxia, la Vía Láctea. Esos hallazgos anteriores ayudaron a confirmar la teoría de que los eventos de energía probablemente se originan en estrellas magnetizadas muertas llamadas magnetares.

Con la llegada de más y más FRB, los científicos ahora están estudiando cómo pueden usarse para estudiar el gas entre nosotros y las explosiones. En particular, les gustaría usar FRB para sondear halos de gas difuso que rodean las galaxias. A medida que los pulsos de radio viajan a la Tierra, se espera que las galaxias que envuelven el gas disminuyan la velocidad de las ondas y dispersen las frecuencias de radio. En el nuevo estudio, el equipo de investigación analizó una muestra de 474 FRB distantes detectados por CHIME, que encontró la mayor cantidad de FRB hasta la fecha. Demostraron que el subconjunto de dos docenas de FRB que pasaron a través de halos galácticos en realidad se ralentizó más que los FRB que no se cruzan.

«Nuestro estudio muestra que los FRB pueden actuar como pinchos de toda la materia entre nuestros radiotelescopios y la fuente de las ondas de radio», dice el autor principal Liam Connor, investigador asociado de posdoctorado en astronomía de Tolman, que trabaja con el profesor asistente de astronomía y coautor del estudio, Vikram Ravi.

“Utilizamos ráfagas de radio rápidas para hacer brillar la luz a través de los halos de galaxias cerca del[{» attribute=»»>Milky Way and measure their hidden material,” Connor says.

The study also reports finding more matter around the galaxies than expected. Specifically, about twice as much gas was found as theoretical models predicted.

All galaxies are surrounded and fed by massive pools of gas out of which they were born. However, the gas is very thin and hard to detect. “These gaseous reservoirs are enormous. If the human eye could see the spherical halo that surrounds the nearby Andromeda galaxy, the halo would appear one thousand times larger than the moon in area,” Connor says.

Researchers have developed different techniques to study these hidden halos. For example, Caltech professor of physics Christopher Martin and his team developed an instrument at the W. M. Keck Observatory called the Keck Cosmic Webb Imager (KCWI) that can probe the filaments of gas that stream into galaxies from the halos.

This new FRB method allows astronomers to measure the total amount of material in the halos. This can be used to help piece together a picture of how galaxies grow and evolve over cosmic time.

“This is just the start,” says Ravi. “As we discover more FRBs, our techniques can be applied to study individual halos of different sizes and in different environments, addressing the unsolved problem of how matter is distributed in the universe.”

In the future, the FRB discoveries are expected to continue streaming in. Caltech’s 110-dish Deep Synoptic Array, or DSA-110, has already detected several FRBs and identified their host galaxies. Funded by the National Science Foundation (NSF), this project is located at Caltech’s Owen Valley Radio Observatory near Bishop, California. In the coming years, Caltech researchers have plans to build an even bigger array, the DSA-2000, which will include 2,000 dishes and be the most powerful radio observatory ever built. The DSA-2000, currently being designed with funding from Schmidt Futures and the NSF, will detect and identify the source of thousands of FRBs per year.

Reference: “The observed impact of galaxy halo gas on fast radio bursts” by Liam Connor and Vikram Ravi, 4 July 2022, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-022-01719-7