Un estallido de ondas de radio a 8.000 millones de años luz ayudará a buscar la “materia perdida” del universo
El 10 de junio de 2022, un pequeño pico en las gráficas del radiotelescopio australiano ASKAP llamó la atención de los investigadores. Aquel pulso de radio, de una duración de 0,2 milisegundos, contenía la energía equivalente a la emitida por el sol durante 30 años. Y no solo eso, ahora sabemos que salió de una galaxia situada a 8.000 millones de años luz y es la ráfaga de radio rápida (FRB, por sus siglas en inglés) más antigua y distante localizada hasta la fecha.
El hallazgo de la ráfaga FRB 20220610A, como la bautizaron, se publicó este jueves en la revista Science por el equipo liderado por Stuart Ryder, de la Universidad Macquarie, y Ryan Shannon, de la Universidad de Swinburne. El hecho de haber podido localizar su origen en un grupo de galaxias, y la distancia a la que está, ha servido a los científicos para estimar la cantidad de materia que atravesó en su camino, lo que contribuye a resolver una de las grandes incógnitas de la cosmología moderna: dónde está la materia que falta en el universo para explicar su expansión acelerada.
Un 'suspiro' de 200 microsegundos
“El estallido fue increíblemente corto”, explica Shannon a elDiario.es. “Tiene sólo 200 microsegundos de ancho, lo cual es bastante sorprendente considerando que la señal viajó durante 8.000 millones de años para llegar a la Tierra”. Los estallidos rápidos de radio, explica, son destellos cortos y muy puntuales de radiación que viajan a través del universo, la mayoría desde otras galaxias, antes de llegar a nuestros radiotelescopios. “Muchos colegas apuestan a que provienen de estrellas de neutrones altamente magnetizadas, cadáveres estelares con campos magnéticos mil millones de veces más fuertes que las máquinas de resonancia magnética”, indica el experto. Es lo que se conoce como un magnétar.
Estas explosiones de radio fueron descubiertas en una fecha tan reciente como 2007, cuando se buscaba otro tipo de señal, los haces de radiación que proyectan algunas estrellas de neutrones que giran sobre sí mismas como si fueran faros cósmicos, conocidos como púlsares. Pero los estallidos de radio son ráfagas cortas incluso más energéticas y que no siempre se repiten, una señal tan potente y breve que durante un tiempo se creyó que se trataba de un error de lectura. Incluso se llegó a pensar que era una señal de origen terrestre que interfería con el radiotelescopio, como sucedió en algunos observatorios con los hornos microondas que se abrían a la hora de la comida.
Una década y media después, tras el hallazgo de casi un millar de ráfagas de este tipo dentro y fuera de nuestra galaxia, se han convertido en uno de los principales asuntos de interés en astrofísica, puesto que pueden servir para “escanear” el universo en busca de la “materia perdida”.
Un escáner cósmico
“La materia que falta es materia normal, la materia de la que están formadas las personas, las estrellas y las galaxias”, explica Shannon. “Sabemos por el Big Bang qué cantidad de este material está presente en el universo, pero cuando miramos al cielo, incluso con los mejores telescopios, vemos que al menos la mitad es invisible”. Al material que forma el universo visible se lo conoce como materia bariónica y no es suficiente para explicar la velocidad a la que rotan y se separan las galaxias, por lo que se habla desde entonces de conceptos como la energía y la materia oscura. Y por eso es importante medir cuanta materia bariónica hay entre galaxias, para ver si las cuentas cuadran o no cuando tengamos todos los datos.
¿Cómo pueden los FRB contribuir a resolver este misterio? “Cuando medimos estas ráfagas, sabemos que las ondas de radio interactúan con la materia y dependiendo de cuánta hay, estas ondas tienen un retraso gradual”, explica Nanda Rea, astrofísica del CSIC que no ha participado en este estudio. “Este retraso de la señal de radio te dice la densidad de electrones entre tú y la fuente que lo está emitiendo, de modo que puedes saber cuántas partículas hay entre medias”.
Esto significa que si tienes suficientes haces de radio apuntando desde distintas ubicaciones del universo, con su fuente de emisión bien identificada, puedes calcular la cantidad de materia que hay entre galaxias y contribuir paulatinamente a resolver el misterio sobre la materia que falta. “La señal FRB contiene la huella de cada electrón libre que pasa en su camino hacia nosotros, y al comparar eso con la distancia de la galaxia anfitriona desde su corrimiento al rojo óptico terminamos con una densidad para este material caliente”, explica Stuart Ryder. “Estamos comenzando a usar FRB para construir un mapa 3D de esta red, de manera muy similar a como se usan los escáneres médicos para hacer un mapa 3D de lo que hay dentro del cuerpo humano”. Con una particularidad: como estas fuentes de radio de los magnétares proceden del estallido de supernovas, estaríamos escudriñando el universo a partir del halo que dejan las estrellas muertas.
Como estas fuentes de radio proceden del estallido de supernovas, estaríamos escudriñando el universo a partir del halo que dejan las estrellas muertas
“Aunque todavía no sabemos qué causa estas explosiones masivas de energía, el artículo confirma que las explosiones de radio rápidas son eventos comunes en el cosmos y que podremos utilizarlas para detectar materia entre galaxias y comprender mejor la estructura del universo”, asegura Shannon. “Es como si los FRB pudieran sentirlo todo y pudiéramos utilizarlos para mapear esta materia faltante y comprender su importante papel en la configuración de las galaxias”.
Materia interpuesta
Para hacer estos cálculos, debes conocer la distancia que ha recorrido el haz de luz, algo que solo se puede conseguir cuando se corrobora la observación en las gráficas apuntando otros telescopios a la zona de la que procede la señal. Es lo que se hizo en el caso de la nueva ráfaga publicada en Science. “Solo gracias a tener algunas de las instalaciones informáticas más poderosas del mundo en la ubicación remota de ASKAP pudimos distinguir la débil señal contra el ruido de fondo”, dice Ryder. “Luego utilizamos el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile para buscar la galaxia fuente y descubrimos un pequeño grupo de galaxias que se están fusionando”.
Desde que se descubrieron las primeras fuentes de radio, se han identificado más de 800 de estas ráfagas, pero en la mayoría de los casos no hay tanta suerte y no se conoce el origen ni la distancia que han recorrido, un dato determinante para calcular la cantidad de materia con la que se han cruzado en su camino. De momento, solo se tienen datos tan precisos de alrededor de una veintena, confirma Nanda Rea, pero “lo que se espera es que cuando se tengan muchas más de estas ráfagas asociadas con sus galaxias, desde los más cercanos a los más lejanos, podremos tener una medida exacta de la materia que hay a nuestro alrededor y ver si eso es compatible o no, con la expansión del universo”.
Cuando se tengan muchas más de estas ráfagas asociadas con sus galaxias, podremos tener una medida exacta de la materia que hay a nuestro alrededor
Por este motivo, el trabajo de Nanda Rea, que estudia los pocos magnétares que se producen dentro de nuestra galaxia (de momento, solo dos) resulta especialmente interesante para resolver la cuestión de fondo. “Yo estudio fuentes que podrían ser las que producen este tipo de emisiones —asegura— para comprender por qué emiten así y qué están haciendo, porque si están en nuestra galaxia están más cerca y las vemos mejor”. A su juicio, el trabajo publicado ahora por el equipo de Shannon contribuye de manera notable a avanzar en la resolución de este problema, aunque aún quedan pendientes de resolver algunas posibles fuentes de confusión, como cuanta cantidad de materia que detectamos con los haces de radio procede de la propia galaxia de origen. “Esta es la razón por la que, con esta sola medida, no se puede cerrar el problema, pero sin duda abre un camino prometedor”, asegura.
Cómo pesar el universo
“Cuando nos llega una señal como la de este FRB, podemos estudiar todos estos componentes y estimar por dónde ha viajado, y qué características se ha encontrado por el camino”, indica Benito Marcote, investigador del consorcio JIVE, que coordina la red europea de radiotelescopios VLBI. Cuando la luz recorre tanta distancia, va acumulando la impronta de todo el material a través del que viaja, recuerda. “Gracias a ello, los autores han podido establecer que en algún momento del camino, la luz de este FRB ha atravesado un lugar muy turbulento, con mayor densidad de gas de lo que cabría esperar”, apunta el investigador. A su juicio, dado que se emitió desde una distancia tan lejana, la luz de este FRB ha podido ir atravesando los halos alrededor de varias galaxias como nuestra Vía Láctea, añadiendo en cada paso una marca en la luz que finalmente nos llegó a la Tierra.
Con la información acumulada con muchos de estos eventos, seremos capaces de trazar, con un detalle hasta hace poco inimaginable, la estructura a gran escala del universo
“La importancia de este descubrimiento no es en sí este FRB particular, sino que con la información acumulada con muchos de estos eventos, seremos capaces de trazar, con un detalle hasta hace poco inimaginable, la estructura a gran escala del universo, cómo la materia se mueve entre galaxia y galaxia y ha ido cambiando a lo largo de toda la historia”, concluye Marcote. “Pero también responder preguntas fundamentales de física como si los fotones (las partículas de luz) tienen masa, si viajan realmente a la velocidad de la luz exactamente, o pesar la materia que hay en el universo”.
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