miércoles, 30 de noviembre de 2016

Cuaderno de Cultura Científica: Las misteriosas ráfagas rápidas de radio






Posted: 01 Jul 2016 03:00 AM PDT

La señal del “Suceso Lorimer” (www.csiro.au).

Todo comenzó con el misterioso Suceso Lorimer. El 4 de agosto de 2001 el radiotelescopio de Parkes en Australia detectó una señal de radio tremendamente breve, de apenas cinco milisegundos. Pero a pesar de su corta duración la señal era unas cien veces más brillante que el brillo de fondo en el espectro de radio. El fenómeno no se repitió y nadie se dio cuenta de que se había producido. Algo normal, pues el software que usan los radiotelescopios está optimizado para buscar determinados tipos de señales. Una ráfaga tan intensa y corta, además de no ser recurrente, tiene toda la pinta de ser una señal espúrea producida por algún artefacto humano. No en vano, nuestra civilización genera tanto “ruido” en radio que la Tierra brilla más que muchas estrellas en determinadas longitudes de onda.
Tuvieron que pasar cinco años hasta que el investigador David Narkevic se dio cuenta de la existencia de la señal mientras buceaba por los archivos del Observatorio de Parkes. La señal era un bicho raro que no debía estar ahí. No se parecía en nada a las emisiones de radio producidas por los fenómenos astrofísicos conocidos. El asunto podría haber terminado antes de empezar si no fuera porque la señal presentaba una dispersión enorme.
Dispersión es el término que emplean los radioastrónomos cuando una señal de radio llega a la Tierra en momentos diferentes dependiendo de su frecuencia. Suena raro, porque, ¿no se supone que la velocidad de la luz es independiente de la frecuencia? Lo es, sí, pero el espacio no está totalmente vacío. Las ondas de radio interactúan con los electrones del plasma interestelar o intergaláctico y como consecuencia los fotones de mayor longitud de onda tardan un poco más en recorrer el camino hasta la Tierra. ¿Y cuál era la dispersión en el caso de la señal de Lorimer? Pues nada más y nada menos que de 0,3 segundos. Puede no parecer mucho, pero los cálculos indicaban que el origen de la misteriosa señal debía estar situado a unos tres mil millones de años luz, aproximadamente. Un poco lejos para ser de origen artificial.
Demasiado extraño para ser verdad. La comunidad científica no prestó demasiada atención al Suceso Lorimer (que se llamó así por haberse detectado en el marco de una búsqueda de púlsares iniciada por el astrofísico Duncan Lorimer). Afirmaciones extraordinarias requieren pruebas extraordinarias. Y en 2006 las pruebas de que esta señal tenía un origen astronómico eran bastante endebles. Pero un grupo de irreductibles investigadores estaba convencido de que se trataba de un fenómeno real y siguió empeñado en buscar más señales parecidas. Aunque la búsqueda no dio los frutos esperados, al menos los intentos de demostrar que la señal de 2001 había sido de origen humano se saldaron todos en fracaso.

Radiotelecopio de Parkes, en Australia (www.csiro.au).

Pero poco a poco comenzaron a detectarse más señales. Algunas en tiempo real, mientras que otras se encontraron en las bases de datos de los radio observatorios de todo el mundo, como el Suceso Lorimer. Las señales pronto comenzaron a ser conocidas como ráfagas rápidas de radio o FRB (Fast Radio Bursts), un nombre que recordaba al de las explosiones de rayos gamma (GRB, Gamma Ray Bursts), hasta hace no muchos años uno de los mayores misterios de la astronomía moderna. En 2012 el conocido y enorme radiotelescopio de Arecibo detectó una FRB de 3 milisegundos. Un año después el potente radiotelescopio de Green Bank (Estados Unidos) fue capaz de descubrir otra en sus archivos. Para 2015 el número de FRBs descubiertos alcanzaba casi las dos decenas y la comunidad científica tuvo que aceptar que se trataba de algo real.
Los intentos por explicar el origen de las FRBs se sucedieron a partir de 2014. Hubo quien sugirió que se trataba de un exótico fenómeno atmosférico, mientras que para otros eran señales alienígenas. Pero la mayoría de investigadores optaba por una explicación más normal (en la acepción astrofísica del adjetivo, se entiende). Si la distancia estimada de acuerdo con la dispersión era correcta, las FRBs tenían que estar causadas por fenómenos tremendamente violentos relacionados con agujeros negros, estrellas de neutrones o supernovas. Si, como proponían algunos investigadores, se trataba en realidad de sucesos más cercanos y, por tanto, menos violentos, el origen de las FRBs podían ser estrellas muy activas de nuestra Galaxia.
La duración de las señales nos proporciona una pista clave para entender el fenómeno. La relatividad nos dice que la señal debe originarse en una zona que no puede ser mayor que la distancia que la luz es capaz de recorrer en ese mismo tiempo. Puesto que estamos hablando de unos pocos milisegundos, eso significa que las FRBs deben surgir de objetos cuyo tamaño es de varios cientos de kilómetros como mucho. Un fenómeno tan energético y al mismo tiempo tan pequeño deja fuera a la mayor parte de estrellas y a los agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de las galaxias. Por lo tanto, todo apunta a las estrellas de neutrones, agujeros negros de masa estelar o enanas blancas.
Las estrellas de neutrones son el candidato favorito por ser más comunes que los agujeros negros y porque son una fuente de otros tipos de señales de radio muy conocidos. En concreto, las magnetars —estrellas de neutrones con un campo magnético muy fuerte— son el caballo ganador de la mayoría de científicos para explicar las FRBs. El problema es que las FRBs no se repiten, mientras que las estrellas de neutrones son conocidas por ser fuentes de radio recurrentes (púlsares). Un fenómeno aislado favorece un origen único, violento y lejano, como por ejemplo un choque de estrellas de neutrones.
Sin embargo, a principios de este año un grupo de investigadores publicó en Nature que había detectado en 2015 diez ráfagas procedentes aparentemente del mismo lugar del cielo en el que se había detectado la ráfaga FRB 121102 en 2012. La poca resolución espacial de la mayoría de radiotelescopios, incluso el de Arecibo, impide saber si se trata del mismo objeto, aunque todo indica que así es. En este caso estaríamos ante una FRB de naturaleza recurrente, es decir, muy distinta a las otras descubiertas hasta la fecha y que concuerda bastante bien con los modelos de FRBs basados en fulguraciones de magnetars. Su distancia también parece ser diferente, pues sería de cientos de miles de años luz. Fuera de la Galaxia, pero no tan lejos como otras FRBs.
Pero la señal FRB 121102 no ha hecho más que aumentar el misterio. Sus características son tan diferentes a las de otras ráfagas que muchos científicos sospechan que en realidad estamos ante, como mínimo, dos fenómenos diferentes. Puede que las estrellas de neutrones y magnetars expliquen señales como FRB 121102, pero no está nada claro que sean la explicación de todas las ráfagas rápidas de radio. De hecho, algunos investigadores sugieren que la causa podrían ser sucesos más exóticos, como por ejemplo cuerdas cósmicas.
Se calcula que unas cuatro FRB llegan a la Tierra cada minuto. Por el momento no sabemos a ciencia cierta cuál es su naturaleza. Su origen podría estar en magnetars, colisiones de estrellas de neutrones, cuerdas cósmicas o algún otro fenómeno astronómico. Sea cual sea, su mera existencia nos demuestra que el Universo está dispuesto a sorprendernos cuando menos lo esperamos.

Este post ha sido realizado por Daniel Marín (@Eurekablog) y es una colaboración de Naukas con la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU.
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