Astrónomos captan una enigmática ráfaga de ondas de radio atravesando un halo galáctico
This artist’s impression represents the path of the fast radio burst FRB 181112 traveling from a distant host galaxy to reach the Earth. FRB 181112 was pinpointed by the Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) radio telescope. Follow-up observations with ESO’s Very Large Telescope (VLT) revealed that the radio pulses have passed through the halo of a massive galaxy on their way toward Earth. This finding allowed astronomers to analyse the radio signal for clues about the nature of the halo gas.
Una enigmática ráfaga de ondas de radio ilumina un tranquilo halo galáctico
Utilizando el Very Large Telescope de ESO, un equipo de astrónomos ha observado, por primera vez, cómo una ráfaga rápida de radio ha atravesado un halo galáctico. Con una duración de menos de un milisegundo, esta enigmática explosión de ondas de radio cósmicas atravesó el halo sin apenas encontrar obstáculos, lo que sugiere que el halo tiene una densidad sorprendentemente baja y un campo magnético débil. Esta nueva técnica podría ser utilizada para explorar los esquivos halos de otras galaxias.
Utilizando un misterio cósmico para sondear otro misterio, los astrónomos analizaron la señal de una ráfaga rápida de radio para arrojar luz sobre el gas difuso del halo de una galaxia masiva [1]. En noviembre de 2018, el radiotelescopio ASKAP (Australian Square Kilometre Array Pathfinder) identificó una ráfaga rápida de radio llamada FRB 181112. Las observaciones de seguimiento llevadas a cabo con el Very Large Telescope (VLT) de ESO y otros telescopios revelaron que los pulsos de radio, en su camino hacia la Tierra, atravesaron el halo de una galaxia masiva. Este hallazgo permitió a los astrónomos analizar la señal de radio en busca de pistas sobre la naturaleza del gas del halo.
«La señal de la ráfaga rápida de radio expuso la naturaleza del campo magnético que hay alrededor de la galaxia y la estructura del gas del halo. El estudio pone a prueba una nueva y prometedora técnica para explorar la naturaleza de los halos de las galaxias», afirmó J. Xavier Prochaska, profesor de astronomía y astrofísica en la Universidad de California Santa Cruz y autor principal de un artículo que presenta estos nuevos hallazgos y que se publica hoy en la revista Science.
Los astrónomos todavía no saben qué causa las ráfagas rápidas de radio, aunque, recientemente, han sido capaces de rastrear algunas de estas señales de radio, muy cortas y brillantes, hasta las galaxias en las que se originaron. «Cuando superpusimos las imágenes de radio y las ópticas, pudimos ver de inmediato que la rápida explosión de radio atravesó el halo de esta galaxia, que coincide en primer plano y, por primera vez, tuvimos una forma directa de investigar la materia que rodea a esta galaxia y que, de otro modo, sería invisible para nosotros», dijo cherie Day, estudiante de doctorado en la Universidad Tecnológica de Swinburne (Australia).
Un halo galáctico contiene materia oscura y ordinaria (o bariónica), que principalmente se encuentra en forma de gas caliente ionizado. Mientras que la parte luminosa de una galaxia masiva podría tener alrededor de 30.000 años luz de ancho, su halo (de una forma más o menos esférica) es diez veces más grande en diámetro. El gas del halo alimenta la formación estelar a medida que cae hacia el centro de la galaxia, mientras que otros procesos, como las explosiones de supernovas, pueden expulsar material fuera de las regiones en las que se forman estrellas, enviándolo hacia el halo galáctico. Una de las razones por las que los astrónomos quieren estudiar el gas del halo es para entender mejor estos procesos de eyección que pueden paralizar la formación de estrellas.
Según Prochaska, «El halo de esta galaxia es sorprendentemente tranquilo. La señal de radio apenas había sufrido perturbaciones a su paso por la galaxia, lo cual contrasta con lo que los modelos anteriores predicen que habría sucedido a la ráfaga».
La señal de FRB 181112 estaba compuesta por unos pocos pulsos, cada uno con una duración inferior a 40 microsegundos (10.000 veces más corto que el parpadeo de un ojo). La corta duración de los pulsos pone un límite superior a la densidad del gas del halo porque el paso a través de un medio más denso ampliaría la duración de la señal de radio. Los investigadores calcularon que la densidad del gas del halo debe ser inferior a 0,1 átomos por centímetro cúbico (equivalente a varios cientos de átomos en un volumen del tamaño de un globo) [2].
«Al igual que el aire cálido de un día de verano, la tenue atmósfera de esta galaxia masiva debería deformar la señal de la ráfaga rápida de radio. En cambio, recibimos un pulso tan prístino y preciso que no hay absolutamente ninguna firma de este gas», aseveró Jean-Pierre Macquart, coautor del trabajo y astrónomo en el Centro Internacional de Investigación en Radioastronomía de la Universidad de Curtin (Australia).
El estudio no encontró evidencias de la presencia de nubes turbulentas frías o de pequeños cúmulos densos de gas frío en el halo. La señal de ráfaga rápida de radio también proporcionó información sobre el campo magnético en el halo, que es muy débil (mil millones de veces más débil que el de un imán de nevera).
Llegados a este punto, con los resultados de un solo halo galáctico, los investigadores no pueden decir si la baja densidad y la baja fuerza del campo magnético medidas son inusuales o si los estudios previos sobre halos galácticos han sobreestimado estas propiedades. Prochaska afirmó que espera que ASKAP y otros radiotelescopios utilicen ráfagas rápidas de radio para estudiar muchos más halos galácticos y resolver sus propiedades.
«Esta galaxia puede ser especial», dijo. «Necesitaremos usar las ráfagas de radio rápidas para estudiar decenas o cientos de galaxias de un rango variado de masas y edades para evaluar a toda la población». Telescopios ópticos como el VLT de ESO juegan un papel importante al revelar cuán lejos está la galaxia que alojó cada ráfaga, así como si la ráfaga habría pasado a través del halo de cualquier galaxia situada en un primer plano.
Notas
[1] Un vasto halo de gas de baja densidad se extiende mucho más allá de la parte luminosa de la galaxia en la que se concentran las estrellas. Aunque este gas caliente y difuso constituye más masa para una galaxia que las propias estrellas, es muy difícil de estudiar.
[2] Las restricciones de densidad también limitan la posible presencia de turbulencias o de nubes de gas frío dentro del halo. Aquí la palabra “frío” es un término relativo, refiriéndose a temperaturas de alrededor de 10.000°C, frente al gas caliente del halo, que está a un millón de grados.
Información adicional
Este trabajo de investigación se ha presentado en el artículo científico “The low density and magnetization of a massive galaxy halo exposed by a fast radio burst”, publicado el 26 de septiembre de 2019 en la revista Science.
El equipo está formado por J. Xavier Prochaska (Observatorios de la Universidad de California-Observatorio Lick, Universidad de California, EE.UU; e Instituto Kavli para el estudio de la Física y las Matemáticas del Universo, Japón); Jean-Pierre Macquart (Centro Internacional para la Investigación en Radioastronomía, Universidad de Curtin, Australia); Matthew McQuinn (Departamento de Astronomía, Universidad de Washington, EE.UU.); Sunil Simha (Observatorios de la Universidad de California-Observatorio Lick, Universidad de California, EE.UU); Ryan M. Shannon (Centro de Astrofísica y Supercomputación, Universidad Tecnológica de Swinburne, Australia); Cherie K. Day (Centro de Astrofísica y Supercomputación, Universidad Tecnológica de Swinburne, Australia; y Organización para la Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth, Instalaciones del Telescopio Nacional Australiano, Australia); Lachlan Marnoch (Organización para la Investigación Industrial, Instalaciones del Telescopio Nacional Australiano, Australia; y Departamento de Física y Astronomía, Universidad Macquarie, Australia); Stuart Ryder (Departamento de Física y Astronomía, Universidad Macquarie, Australia); Adam Deller (Centro de Astrofísica y Supercomputación, Universidad Tecnológica de Swinburne, Australia); Keith W. Bannister (Organización para la Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth, Instalaciones del Telescopio Nacional Australiano, Australia); Shivani Bhandari (Organización para la Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth, Instalaciones del Telescopio Nacional Australiano, Australia); Rongmon Bordoloi (Universidad Estatal de Carolina del Norte, Departamento de Física, EE.UU.); John Bunton (Organización para la Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth, Instalaciones del Telescopio Nacional Australiano, Australia); Hyerin Cho (Escuela de Física y Química, Instituto Gwangju de ciencia y Tecnología, Corea); Chris Flynn (Centro de Astrofísica y Supercomputación, Universidad Tecnológica de Swinburne, Australia); Elizabeth Mahony (Organización para la Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth, Instalaciones del Telescopio Nacional Australiano, Australia); Chris Phillips (Organización para la Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth, Instalaciones del Telescopio Nacional Australiano, Australia); Hao Qiu (Instituto de Astronomía de Sídney, Escuela de Física, Universidad de Sídney, Australia); Nicolás Tejos (Instituto de Física, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Chile).
ESO es la principal organización astronómica intergubernamental de Europa y el observatorio astronómico más productivo del mundo. Cuenta con dieciséis países miembros: Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Irlanda, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, el Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza, junto con el país anfitrión, Chile, y con Australia como aliado estratégico. ESO desarrolla un ambicioso programa centrado en el diseño, construcción y operación de poderosas instalaciones de observación terrestres que permiten a los astrónomos hacer importantes descubrimientos científicos. ESO también desarrolla un importante papel al promover y organizar la cooperación en investigación astronómica. ESO opera en Chile tres instalaciones de observación únicas en el mundo: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope junto con su interferómetro VLTI (Very Large Telescope Interferometer), el más avanzado del mundo, así como dos telescopios de rastreo: VISTA (siglas en inglés de Telescopio de Rastreo Óptico e Infrarrojo para Astronomía), que trabaja en el infrarrojo, y el VST (VLT Survey Telescope, Telescopio de Rastreo del VLT), que rastrea en luz visible. También en Paranal, ESO albergará y operará el Conjunto de Telescopios Cherenkov Sur, el observatorio de rayos gamma más sensible y más grande del mundo. ESO también es socio de dos instalaciones en Chajnantor, APEX y ALMA, actualmente el mayor proyecto astronómico en funcionamiento del mundo. Finalmente, en Cerro Armazones, cerca de Paranal, ESO está construyendo el ELT (Extremely Large Telescope), de 39 metros, que llegará a ser “el ojo más grande del mundo para mirar el cielo”.
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