Las ondas gravitacionales podrían darnos información sobre las rápidas ráfagas de radio

Las ráfagas de radio rápidas (FRB) son misteriosos pulsos de energía que pueden durar desde una fracción de milisegundo hasta unos tres segundos. La mayoría de ellos proceden de fuera de la galaxia, aunque se ha detectado uno procedente de una fuente del interior de la Vía Láctea. Algunos de ellos también repiten, lo que sólo aumenta su misterio.

Aunque los astrofísicos creen que un proceso astrofísico de alta energía es la fuente probable de los FRB, no están seguros de cómo se generan. Los investigadores utilizaron ondas gravitacionales (GW) para observar una fuente cercana y conocida de FRB para tratar de comprenderlas mejor.

La única fuente de FRB confirmada en la Vía Láctea es una estrella de neutrones con un potente campo magnético (un magnetar) llamada SGR 1935+2154. Su FRB fue detectado en 2020 y fue el primero en conectarse a una fuente. Aunque SGR 1935+2154 está a unos 20.000 años luz de distancia, todavía está lo suficientemente cerca como para ser estudiado.

En una nueva investigación publicado en La revista astrofísicaLos científicos utilizaron el detector de ondas gravitacionales británico-alemán GEO600 para investigar cualquier conexión entre los FRB y las ondas gravitacionales. La investigación se titula «Una búsqueda utilizando GEO600 para ondas gravitacionales coincidentes con ráfagas de radio rápidas de SGR 1935+2154» y el autor principal es AG Abac, del Instituto Max Planck de Física Gravitacional.

Los FRB son extraordinariamente energéticos, al igual que los magnetares. Conectar un FRB con el magnetar SGR 1935-2154 es un gran paso para comprender los FRB, aunque todavía hay una gran cantidad de preguntas sin respuesta. Algunos magnetares emiten repetidamente FRB y también brillan en rayos X. Los magnetares pueden experimentar poderosos terremotos estelares cuando se libera la tensión en sus cortezas y la energía liberada sacude el campo magnético del magnetar, liberando FRB y rayos X. Los investigadores se han preguntado si esos mismos terremotos podrían generar ondas gravitacionales.

¿Puede la observación del magnetar en busca de GW abrir una ventana a los magnetares y los procesos que generan FRB?

«La observación de rápidas explosiones de radio y ondas gravitacionales de un magnetar casi simultáneamente sería la evidencia que hemos estado buscando durante mucho tiempo», dijo James Lough, científico principal del detector de ondas gravitacionales germano-británico GEO600 en el Instituto Max Planck. de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein; AEI) en Hannover.

Una observación simultánea de FRB y GW podría confirmar el origen común de los terremotos estelares generados por la estrella de neutrones. «Es por eso que trabajamos con un equipo internacional para analizar los datos que tomamos con GEO600 mientras un magnetar en nuestra puerta cósmica emitía ráfagas de radio rápidas«, añade Lough.

Si el magnetar genera GW, serán fuertes cuando lleguen a nuestros detectores y sus efectos deberían ser más fáciles de observar. Entre abril de 2020 y octubre de 2022, SGR 1935+2154 generó tres episodios de FRB y GEO600 estaba escuchando. El detector GW forma parte de la red global de detectores GW.

«Era esencial que GEO600 pudiera seguir observando mientras todos los demás detectores estaban en una fase de actualización», explicó Lough. «De lo contrario, habríamos perdido la oportunidad de tener datos sobre las ondas gravitacionales durante estos fascinantes eventos que ocurren tan cerca de nosotros».

Desafortunadamente, un análisis cuidadoso de los datos del GEO600 no mostró evidencia de GW. Sin embargo, las observaciones del detector seguían siendo valiosas. Dado que el magnetar está tan cerca de nosotros, incluso la falta de detección proporcionó información nueva.

Esta no es la primera vez que los científicos utilizan detectores de GW para buscar GW emitidos simultáneamente con FRB, así como GW de explosiones de magnetares y fallas de púlsar. Diferentes investigadores han utilizado las colaboraciones más poderosas LIGO, Virgo y KAGRA (LVK) para encontrarlos sin éxito.

«Si bien no se encontraron detecciones en estos estudios, las búsquedas han establecido límites superiores de energía en GW que pueden haberse emitido en asociación con estos eventos», escriben los autores en su investigación.

Los detectores LVK son más grandes y potentes que el GEO600. Sus datos muestran que la máxima energía de onda gravitacional posible que podría haberse emitido durante los FRB del magnetar de 2020 a 2022 sin ser detectada debe haber sido hasta 10.000 veces menor de lo que los astrónomos habían concluido en estudios anteriores.

Diferentes modelos explican cómo se producen los GW en los FRB, y las observaciones de GW aún no son lo suficientemente sensibles como para distinguirlos. Sin embargo, al establecer límites para la fuerza de las GW, las observaciones de las GW siguen proporcionando información que ayuda a los científicos a perfeccionar sus modelos.

El intento de vincular GW y FRB en realidad apenas está comenzando. Si bien LIGO/Virgo no pudo observar el magnetar durante sus últimos FRB, se espera que estén operativos durante el próximo episodio. Esta vez, se habrá mejorado su eficacia y sensibilidad.

Durante mucho tiempo, los astrofísicos han teorizado que los magnetares son la fuente de las FRB, y la detección de FRB en SGR 1935+2154 lo confirma, al menos para algunas FRB. Sin embargo, el mecanismo exacto detrás de su generación sigue siendo difícil de alcanzar. «La relación entre estas explosiones de magnetar y FRB no se comprende bien, pero es probable que sean causadas por diferentes procesos físicos, incluso si el comportamiento subyacente del magnetar puede estar relacionado», escriben los autores en su conclusión.

Si futuras observaciones de GW del magnetar con los observatorios LIGO/Virgo y KAGRA mejorados pueden mostrar que los GW se emiten simultáneamente con los FRB, será un gran avance. «Dada la mayor sensibilidad de estos detectores en comparación con GEO600, cualquier SGR 1935+2154 FRB durante el resto de O4 (Observing Run 4) podría brindar otra oportunidad para probar la conexión GW-FRB», explican los autores del estudio.

«Las cosas podrían ponerse emocionantes muy pronto. Esperamos que el magnetarque lleva dos años en silencio y no ha emitido ráfagas de radio, volverá a estar activo en los próximos meses», afirma Karsten Danzmann, director de la AEI y director del Instituto de Física Gravitacional de la Universidad Leibniz de Hannover.

La red internacional de detectores se encuentra en la mitad de un proceso de observación que continuará hasta junio de 2025. «Con los datos de los instrumentos más sensibles podremos observar aún más de cerca si las rápidas explosiones de radio de los magnetares van acompañadas de ondas gravitacionales y, por lo tanto, tal vez resuelva un misterio muy antiguo», afirma Danzmann.