Descobertas pela primeira vez em 2007, as rajadas rápidas de rádio (FRBs, em inglês "Fast Radio Bursts") são enigmáticos flashes de emissão de rádio, com duração de milissegundos, provenientes do Universo distante. A sua origem continua a ser incerta, sobretudo porque a maioria é observada apenas uma vez e nunca mais volta a ser vista. Os astrónomos, utilizando o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA, identificaram a galáxia hospedeira da FRB mais distante observada até à data. A sua descoberta tem implicações quanto ao tipo de evento energético que cria estes flashes.

Que fenómeno misterioso é capaz de criar uma explosão de ondas de rádio com a duração de um milésimo de segundo, tão poderosa que a conseguimos detetar a milhares de milhões de anos-luz de distância? A origem desses eventos, conhecidos como FRBs, continua a ser incerta.

Uma FRB recentemente descoberta contém uma pista. Sendo a mais distante encontrada até à data, a sua galáxia hospedeira revelou-se surpreendentemente pequena e jovem. Isto sugere que existe pouco intervalo de tempo entre o momento em que as galáxias formam estrelas e o momento em que se tornam capazes de gerar FRBs. Tal indica que as FRBs são provavelmente causadas por jovens estrelas de neutrões conhecidas como magnetares. Apenas o Telescópio Espacial James Webb foi capaz de detetar e caracterizar a galáxia hospedeira, determinando tanto a sua distância como o seu tamanho.

"O que torna as rajadas rápidas de rádio interessantes é o facto de não sabermos o que as gera. Temos teorias sobre quais os objetos que as produzem, mas não temos provas conclusivas", afirmou Manisha Caleb, da Universidade de Sydney, na Austrália, autora principal do estudo publicado na revista Science.

A equipa do MeerTRAP (Meer [more] TRAnsients and Pulsars) utilizou o telescópio MeerKAT para detetar a rajada a 4 de março de 2024, o que levou à sua designação como FRB 20240304B. Os dados de rádio desta explosão sugeriram que se tratava de um fenómeno extremamente distante, possivelmente o mais distante observado até à data. Para confirmar essa distância, porém, os astrónomos precisariam de estudar a sua galáxia hospedeira. Embora soubessem a localização da FRB com grande precisão, os maiores telescópios terrestres do mundo não conseguiam observar qualquer galáxia naquele ponto do céu. Consequentemente, a equipa recorreu ao telescópio Webb.

O instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera) do Webb detetou uma galáxia na localização correta, e o seu instrumento NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) forneceu uma medição precisa do desvio para o vermelho da galáxia: 2,148, correspondendo a um momento apenas 3 mil milhões de anos após o Big Bang. A grande maioria das FRBs detetadas até à data ocorreu milhares de milhões de anos mais tarde na história cósmica.

A equipa descobriu que a galáxia hospedeira da FRB 20240304B não era típica das outras galáxias com FRBs. A maioria das galáxias com FRBs são galáxias massivas com formação estelar, mas a galáxia que encontraram tinha uma massa 1000 vezes inferior à esperada.

"Pensávamos que seria uma galáxia grande e bem formada, com muitas estrelas, mas, em vez disso, era uma pequena galáxia anã, embora estivesse ativamente a formar estrelas", afirmou Caleb.

"A hospedeira destaca-se em toda a amostra de galáxias de que dispomos. E não era, de forma alguma, o que esperávamos", afirmou Ben Stappers, da Universidade de Manchester, no Reino Unido, um dos coautores do artigo científico. "Esta combinação entre o projeto MeerTRAP, no telescópio MeerKAT, para descobrir e localizar estas explosões distantes, e o Webb para estudar as suas galáxias hospedeiras, é muito empolgante".

Os astrónomos, utilizando o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA, conseguiram estudar a galáxia hospedeira da rajada rápida de rádio (FRB) mais distante conhecida. Ao detetarem a luz emitida pelo oxigénio e pelo azoto, conseguiram determinar o desvio para o vermelho cosmológico da galáxia, confirmando assim que a FRB ocorreu apenas 3 mil milhões de anos após o Big Bang. Crédito: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI); ciência - M. Caleb (SIfA)

A galáxia existia no auge do "meio-dia cósmico" - um período na história do Universo em que a formação estelar estava no seu pico. O ritmo de formação estelar da galáxia sugeria que a maioria das suas estrelas se poderia ter formado em apenas 30 milhões de anos.

Isto tem implicações importantes para a origem das rajadas rápidas de rádio. Uma teoria sugere que as FRBs podem ter origem na fusão de duas estrelas de neutrões. No entanto, espera-se que o processo em que estrelas de neutrões se aproximam gradualmente até colidirem demore milhares de milhões de anos. Consequentemente, seria de esperar que as FRBs estivessem associadas a galáxias mais antigas, contendo populações estelares mais evoluídas.

Uma segunda teoria propõe que uma FRB possa ter origem numa única estrela de neutrões jovem e altamente magnética, conhecida como magnetar, através de um mecanismo semelhante aos "sismos estelares". Nesse caso, assim que uma estrela massiva explodir como supernova e deixar para trás um magnetar, uma FRB poderá ocorrer de forma relativamente rápida, sem grande atraso. Como resultado, seria de esperar que as FRBs fossem também encontradas em galáxias mais jovens, como a que acolhe FRB 20240304B.

"O nosso trabalho sugere que é muito improvável que esta FRB tenha sido produzida por uma fusão", afirmou Caleb.

"Os nossos resultados demonstram ainda a incrível capacidade do Webb, que nos permite ultrapassar os limites do que era anteriormente possível", afirmou o coautor Themiya Nanayakkara, da Universidade de Sydney, na Austrália.

Para além de ser um recorde, a nova FRB permitiu à equipa aprender mais sobre os milhares de milhões de anos-luz de espaço aparentemente vazio entre a explosão e a Terra.

"Uma rajada rápida de rádio é quase como uma lanterna cósmica. Ilumina tudo ao longo do seu percurso. Transporta uma marca de tudo aquilo por onde passa, pelo que é possível utilizá-la para rastrear a 'teia cósmica' - a matéria e as estruturas, de outra forma invisíveis, que encontra pelo caminho", afirmou o coautor J. Xavier Prochaska, da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, EUA.

A equipa encontrou a marca de duas estruturas cósmicas no sinal da FRB - um enxame de galáxias até então desconhecido com um desvio para o vermelho de 0,3 (a cerca de 3,5 mil milhões de anos-luz da Terra) e o vizinho Enxame de Virgem, que se situa a cerca de 54 milhões de anos-luz da Terra.

No futuro, a equipa está entusiasmada com a possibilidade de descobrir FRBs mais distantes. Estima-se que o telescópio MeerKAT possa ser capaz de detetar e localizar várias FRBs por ano com um desvio para o vermelho superior a 1,0, o que significa que existiam a mais de metade do caminho até ao início do Universo. À medida que outras novas instalações e instrumentos radiotelescópicos forem entrando em funcionamento, esse ritmo de descobertas poderá aumentar. O Telescópio Webb será essencial para caracterizar essas distantes galáxias hospedeiras.

// ESA/Webb (comunicado de imprensa)
// NASA (comunicado de imprensa)
// Universidade de Manchester (comunicado de imprensa)
// Universidade da Califórnia em Santa Cruz (comunicado de imprensa)
// Observatório de Paris (comunicado de imprensa)
// SARAO (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Science)
// Artigo científico (arXiv)

Quer saber mais?

FRB (Fast Radio Burst, em português "rajada rápida de rádio"):
Wikipedia

Estrelas de neutrões:
Wikipedia
Universidade de Maryland

Magnetar:
Wikipedia

JWST (Telescópio Espacial James Webb):
NASA
STScI
ESA
ESA/Webb
Wikipedia
Facebook
X/Twitter
Instagram
Blog do JWST (NASA)
NIRISS (NASA)
NIRCam (NASA)
MIRI (NASA)
NIRSpec (NASA)

MeerKAT:
SARAO
Wikipedia