El misterio de las ráfagas rápidas de radio

Más conocidas como FRB (siglas de 'Fast Radio Burst'), son explosiones de origen desconocido, localizadas en la zona del espectro electromagnético de radio y que duran unos escasos milisegundos.

telescopio de radio
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El 9 de enero de 2019, la revista Nature anunciaba un gran hallazgo realizado por el observatorio CHIME, siglas de Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment . Situado en el sur de la Columbia Británica (Canadá), se trata de un radiotelescopio de diseño peculiar: cuatro antenas cilíndricas de cien metros de largo y veinte de ancho. Fue algo totalmente casual, pues el instrumento se encontraba –y todavía se encuentra– en periodo de pruebas: durante tres semanas del verano de 2018, CHIME detectó trece emisiones de energía tan intensas como breves.

Era una prueba más de la existencia de un fenómeno que mantiene en vilo a la comunidad astronómica: las ráfagas rápidas de radio, más conocidas como FRB (siglas de Fast Radio Burst ). Hablamos de explosiones de origen desconocido, localizadas en la zona del espectro electromagnético de radio y que duran unos escasos milisegundos. La importancia del descubrimiento de CHIME es que una de esas ráfagas superefímeras se repitió seis veces.

Este hecho es de una trascendencia capital para los astrónomos, porque les permite observar el misterioso objeto con diferentes instrumentos y echarle la red. Antes, solo se conocía otro estallido repetitivo: la FRB 121102, detectada en 2012 por el radiotelescopio de Arecibo, en Puerto Rico, y que se ha dejado ver ya 150 veces. Gracias a ello sabemos que su origen se encuentra dentro de una pequeña galaxia situada a 3000 millones de años luz de nosotros; cuando se produjo, la vida en la Tierra no era otra cosa que una procesión de aburridas algas unicelulares. Las FRB liberan tanta energía como la que emite el Sol en un año, aunque la que llega a nuestro planeta después de recorrer esas distancias es realmente ínfima, menos de la que necesita una hormiga para doblar una de sus patas.

Los astrónomos supieron de la existencia de las ráfagas rápidas de radio en septiembre de 2007, cuando el doctorando David Narkevich volvía a analizar los datos recibidos seis años atrás por el radiotelescopio Parkes, en el sureste de Australia. Narkevich se encontró una explosión tremenda que había durado tan solo cinco milisegundos y que provenía de un lugar situado a 1500 millones de años luz de la Tierra. La cantidad de energía arrojada al espacio en ese pequeñísimo periodo de tiempo era equivalente al que producirían las dos centrales nucleares de Ascó, en Tarragona, durante dos trillones de años.

Curiosamente, este fenómeno ya se había registrado en 2001, pero los astrónomos lo atribuyeron a algún tipo de interferencia terrestre; no les cabía en la cabeza que tan fenomenal fogonazo tuviera un origen cósmico. Como dijo el astrónomo australiano Matthew Bailes, “el tipo de actividad que buscamos a esas distancias es muy débil, mientras que esta fue tan brillante que saturó el instrumental”.

¿Qué produce las FRB? Nadie lo sabe a ciencia cierta, pero los expertos juegan con la idea de que estamos ante algún tipo de proceso en el que participan objetos pequeños muy densos, como estrellas de neutrones o agujeros negros. En palabras del astrónomo Seth Shostak, del Instituto SETI, “la FRB 121102 es como un ladrido muy fuerte de un perro pequeño”.Es decir, sale del interior de una galaxia enana, varias decenas de veces más pequeña que la Vía Láctea, de una baja metalicidad –o sea, con deficiencia en elementos químicos, exceptuando el hidrógeno o el helio– y donde se están formando un gran número de estrellas. Como en el juego de detectives Cluedo, estas son las pistas que nos deben guiar a la resolución del misterio.

Entre las explicaciones más fantasiosas está la de quienes proponen que son señales de civilizaciones extraterrestres. Pero ¿qué les llevaría a anunciar su presencia con semejantes arrebatos de energía? Para Shostak,“es como hundir el Titanic usando una pistola de bengalas lo suficientemente potente para verse desde Marte”. Pues según los astrónomos del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian Avi Loeb y Manasvi Lingam, las FRB podrían ser fugas de objetos alienígenas de tamaño planetario. Estos supuestos emisores no estarían diseñados para la comunicación, sino para impulsar naves usando el principio de la navegación solar: equipadas con enormes velas reflectantes, sobre ellas incidirían haces de ondas de radio que las impulsarían como el viento hace con nuestros barcos.

Sin embargo, en poco más de una década se han podido detectar alrededor de sesenta FRB, repartidas por todo el cielo. Y si tenemos en cuenta que son extremadamente difíciles de encontrar debido a su escasa duración, nos enfrentaríamos a un fenómeno bastante común en el universo. Algunos astrónomos piensan que se producen cuando un objeto celeste colapsa de forma parecida –pero cientos de veces más intensa– a las supernovas que marcan el final de la vida de una estrella. En este caso, las ráfagas procederían de astros con mayor masa que una galaxia cuando se convierten en agujeros negros que, además, rotan a gran velocidad. Este proceso traumático dura solamente entre diez y veinte segundos.

Otra hipótesis es la de una colisión entre dos cadáveres estelares: las estrellas de neutrones. Estos objetos tienen una masa equivalente a dos veces la de nuestro sol apelotonada en el interior de una esfera de diez kilómetros de diámetro, y giran sobre sí mismos unas mil veces por segundo. Esta exótica colisión –no es fácil que algo así suceda– fue una de las primeras explicaciones que se dieron a las ráfagas rápidas de radio. Su autor, el astrónomo Duncan Lorimer, de la Universidad de Virginia Occidental, era el director de tesis del estudiante que encontró la primera FRB.

Evidentemente, estas no son las únicas conjeturas que han formulado los astrónomos. De hecho, han demostrado ser muy prolíficos a la hora de plantear hipótesis explicativas: hay hasta 48 distintas, que van de la fusión de agujeros negros con carga eléctrica a su contrapartida, los agujeros blancos, pasando por la evaporación de microagujeros negros, nubes de unas hipotéticas partículas llamadas axiones o las casi olvidadas cuerdas cósmicas primordiales, un tipo de estructura unidimensional que se formó al poco de producirse el big bang.

Más visos de verosimilitud parece tener la propuesta de Brian Metzger, de la Universidad de Columbia (Nueva York). En febrero de 2019, Metzger publicó junto con Ben Margalit y Lorenzo Sironi un artículo donde detallaba un escenario que involucraba nubes de plasma y potentes campos magnéticos. El astrónomo norteamericano y sus colegas partieron de una idea ya conocida: que el motor de estas explosiones es un magnetar, una estrella de neutrones de unos veinte kilómetros de diámetro que posee un campo magnético extremadamente fuerte. Su principal característica es que en ocasiones, y durante un brevísimo periodo de tiempo, libera enormes cantidades de energía. La comunidad astronómica estaba ilusionada con esta teoría, porque hace predicciones muy específicas sobre el aspecto de las FRB, y echaba la vista al radiotelescopio canadiense CHIME, que no paraba de detectar ráfagas de radio rápidas.

Metzger y sus colegas han podido desarrollar su modelo gracias al mayor punto de inflexión que se ha producido en la corta historia de las FRB. En 2016, un equipo dirigido por Laura Spitler, del Instituto Max Planck de Radioastronomía (Alemania), publicó el estudio donde se demostraba que la ya citada FRB 121102 era un fenómeno reiterativo. Y que la fuente se encontraba fuera de nuestra galaxia, pero... ¿dónde? El problema con las emisiones de radio es que resulta muy complicado localizar su origen sin el apoyo de observaciones más precisas en otros rangos del espectro electromagnético, especialmente en el visible.

Al repetirse, los radioastrónomos pudieron encontrar al causante: una pequeña galaxia enana irregular. También determinaron que provenía de una región densa de plasma, atrapada en intensos campos magnéticos. Incluso establecieron que la explosión estaba rodeada por una débil emisión de ondas de radio. Y en noviembre de 2018, el astrónomo Jason Hessels reveló algo aún más extraño: cada ráfaga contenía otras secundarias, casi imperceptibles.

Esto fue lo que puso en la pista al equipo de Metzger. En la década de los 50, los físicos estudiaban las pruebas nucleares en busca de una forma de estimar su rendimiento. Según los modelos utilizados, la onda de choque creada por la gran explosión barría la atmósfera a medida que se movía. Y como debía desplazar una mayor masa de gas, la frecuencia de la radiación descendía debido al efecto Doppler. Metzger empezó a pensar en este proceso cuando se enteró del descubrimiento de CHIME, pues la radiofuente recurrente captada por el radiotelescopio canadiense –catalogada como FRB 180814.J0422+73 – mostraba precisamente esa caída.

El modelo de Metzger, Margalit y Sironi consta de un magnetar que ocasionalmente expulsa electrones, positrones –las antipartículas del electrón– e iones –átomos eléctricamente cargados– a una velocidad cercana a la de la luz. Este material avanza por el espacio como una onda de choque hasta que se topa con otro más antiguo, proveniente de estallidos anteriores, lo cual genera intensos campos magnéticos. Entonces, las partículas cargadas provenientes de la explosión empiezan a moverse a velocidades frenéticas siguiendo trayectorias espirales y lanzando intensas emisiones de radio. Luego, a medida que la velocidad de la onda de choque desciende, las frecuencias de radio también decrecen: justamente lo que se aprecia.

Ahora bien, toda observación científica exige predecir cuantitativamente lo que va a suced er, y esta es la virtud de la teoría de Metzger. El modelo vaticina que todas las FRB deben verificar el mismo descenso de frecuencia. Además, tienen que aparecer en galaxias donde se estén formando muchas estrellas nuevas; las más masivas acaban convirtiéndose en magnetares.

Finalmente, y si las ráfagas se repiten, el modelo predice que debe pasar cierto tiempo hasta que pueda verse otro fogonazo: en ese momento, el sistema está tan saturado de material que los flashes subsiguientes no se alcanzan a distinguir.

Se ha levantado la veda. El CHIME y el Australian Square Kilometer Array Pathfinder, una red de 36 antenas parabólicas idénticas , tienes sus orejas puestas en el firmamento a la c aza de FRB . Y si todo va bien, el año que viene entrará en funcionamiento el Hydrogen Intensity and Real-time Analysis eXperiment (HIRAX), una serie de mil radiotelescopios de seis metros de plato colocados con una configuración muy compacta en el desierto sudafricano de Karoo.

Para concluir, el pasado noviembre los astrofísicos estrenaron el mes con una esperanzadora noticia: tres estudios independientes publicados en la revista Natureconfirma ro n que una señal de este tipo , observada dentro de la Vía Láctea , proced ía del magnetar SGR 1935+2154, situad o a 30 000 años luz de nosotros.

¿Estará punto de resolverse el misterio?

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