En noviembre de 2018, los astrónomos detectaron una rápida explosión de radio que atravesó el halo de una galaxia masiva en su camino hacia la Tierra, lo que les permitió obtener por primera vez pistas sobre la naturaleza del gas halo a partir de una elusiva señal de radio.
Madrid, 27 de septiembre (Europa Press).- Usando un misterio cósmico para sondear otro, el gas difuso en el halo de una galaxia masiva ha podido ser identificado analizando la señal de una FRB (ráfaga de radio rápida) de menos de un milisegundo.
Un vasto halo de gas de baja densidad se extiende mucho más allá de la parte luminosa de una galaxia, donde se concentran las estrellas. Aunque este gas caliente y difuso constituye más la masa de una galaxia que las estrellas, es casi imposible de ver. En noviembre de 2018, los astrónomos detectaron una rápida explosión de radio que atravesó el halo de una galaxia masiva en su camino hacia la Tierra, lo que les permitió obtener por primera vez pistas sobre la naturaleza del gas halo a partir de una elusiva señal de radio.
In a world first, an international team of astronomers, including UC Santa Cruz astronomer J. Xavier Prochaska, have determined the precise location of a powerful one-off burst of cosmic radio waves known as a fast radio burst. https://t.co/D8SrtP816e
— UC Santa Cruz (@ucsc) 27 de junio de 2019
“La señal de la explosión de radio rápida expuso la naturaleza del campo magnético alrededor de la galaxia y la estructura del gas halo. El estudio demuestra una técnica nueva y transformadora para explorar la naturaleza de los halos de galaxias”, dijo J. Xavier Prochaska, profesor de astronomía y astrofísica en UC Santa Cruz y autor principal de un artículo sobre los nuevos hallazgos publicado en Science.
Los astrónomos aún no saben qué produce las FRB, y sólo recientemente han podido rastrear algunas de estas señales de radio muy cortas y muy brillantes hasta las galaxias en las que se originaron. El estallido de noviembre de 2018 (llamado FRB 181112) fue detectado y localizado por el instrumento que fue pionero en esta técnica, el radiotelescopio australiano ASKAP. Las observaciones de seguimiento con otros telescopios identificaron no sólo su galaxia anfitriona sino también una galaxia brillante frente a ella.
“Cuando superpusimos la radio y las imágenes ópticas, pudimos ver de inmediato que la rápida explosión de radio atravesó el halo de esta galaxia en primer plano coincidente y, por primera vez, tuvimos una forma directa de investigar esta materia invisible que rodeaba a esta galaxia”, dijo en un comunicado la coautora Cherie Day en la Universidad Tecnológica de Swinburne, Australia.
Un halo galáctico contiene materia oscura y materia ordinaria (“bariónica”), que se espera que sea principalmente gas ionizado caliente. Si bien la parte luminosa de una galaxia masiva puede tener alrededor de 30 mil años luz de diámetro, su halo más o menos esférico es diez veces más grande. El gas halo alimenta la formación de estrellas a medida que cae hacia el centro de la galaxia, mientras que otros procesos (como las explosiones de supernova) pueden expulsar material de las regiones de formación estelar y hacia el halo galáctico. Una razón por la que los astrónomos quieren estudiar el gas halo es para comprender mejor estos procesos de eyección, que pueden detener la formación de estrellas.
“El gas halo es un registro fósil de estos procesos de expulsión, por lo que nuestras observaciones pueden informar teorías sobre cómo se expulsa la materia y cómo los campos magnéticos se enhebran a través de las galaxias”, dijo Prochaska.
Contrariamente a lo esperado, los resultados del nuevo estudio indican una densidad muy baja y un campo magnético débil en el halo de esta galaxia interviniente.
“El halo de esta galaxia es sorprendentemente tranquilo”, dijo Prochaska. “La señal de radio no fue perturbada en gran medida por la galaxia, que está en marcado contraste con lo que los modelos anteriores predicen que habría sucedido con la explosión”.
La señal de FRB 181112 consistió en varios pulsos, cada uno con una duración inferior a 40 microsegundos (diez mil veces más corto que un abrir y cerrar de ojos). La corta duración de los pulsos pone un límite superior a la densidad del gas halo, porque el paso a través de un medio más denso alargaría las señales de radio. Los investigadores calcularon que la densidad del gas halo debe ser inferior a la décima parte de un átomo por centímetro cúbico (equivalente a varios cientos de átomos en un volumen del tamaño del globo de un niño).
“Al igual que el aire resplandeciente en un caluroso día de verano, la atmósfera tenue en esta galaxia masiva debería distorsionar la señal de la rápida explosión de la radio. En cambio, recibimos un pulso tan prístino y agudo que no hay ninguna firma de este gas”, dijo. coautor Jean-Pierre Macquart, astrónomo del Centro Internacional de Investigación de Radioastronomía de la Universidad de Curtin, Australia.
Las restricciones de densidad también limitan la posibilidad de turbulencias o nubes de gas frío dentro del halo (“frío” es un término relativo, que se refiere aquí a temperaturas alrededor de 10 mil Kelvin, en comparación con el gas halo caliente en alrededor de 1 millón de Kelvin). “Un modelo preferido es que los halos están impregnados por nubes de gas aglomerado. No encontramos evidencia alguna de estas nubes”, dijo Prochaska.
La señal FRB también proporciona información sobre el campo magnético en el halo, lo que afecta la polarización de las ondas de radio. El análisis de la polarización en función de la frecuencia proporciona una “medida de rotación” para el halo, que los investigadores encontraron muy baja. “El campo magnético débil en el halo es mil millones de veces más débil que el de un imán de refrigerador”, dijo Prochaska.
En este punto, con resultados de un solo halo galáctico, los investigadores no pueden decir si la densidad inesperadamente baja y la intensidad del campo magnético son inusuales o si los estudios previos de los halos galácticos han sobreestimado estas propiedades.
