Poderosos pulsos de rádio originados nas profundezas do cosmos sondam matéria oculta ao redor das galáxias

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Explosões rápidas de rádio perfurando halos gasosos ao redor de galáxias

O conceito deste artista mostra rajadas de rádio distantes e rápidas perfurando os halos gasosos ao redor das galáxias no universo local. As rajadas de rádio são retratadas viajando do cosmos distante, através dos halos galácticos e, finalmente, alcançando telescópios na Terra. As saliências vistas em duas das linhas representam as explosões de rádio enquanto viajam em direção à Terra. Crédito: Cortesia de Charles Carter

Poderosos pulsos de rádio cósmico originados nas profundezas do universo podem ser usados ​​para estudar piscinas ocultas de gás que envolvem galáxias próximas, de acordo com um novo estudo publicado no mês passado na revista Astronomia da Natureza.

Assim chamado rajadas de rádio rápidas, ou FRBs, são pulsos de ondas de rádio que normalmente originam milhões a bilhões de anos-luz de distância. (As ondas de rádio são radiação eletromagnética como a luz que vemos com nossos olhos, mas têm comprimentos de onda mais longos e frequências mais baixas). O primeiro FRB foi descoberto em 2007 e, desde então, centenas de outros foram detectados. Em 2020, o instrumento STARE2 da Caltech (Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2) e o CHIME do Canadá (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) detectou um FRB maciço que explodiu em nossa própria galáxia Via Láctea. Essas descobertas anteriores ajudaram a confirmar a teoria de que os eventos energéticos provavelmente se originam de estrelas magnetizadas mortas chamadas magnetares.

À medida que mais e mais FRBs chegam, os cientistas agora estão investigando como eles podem ser usados ​​para estudar o gás que está entre nós e as rajadas. Especificamente, eles gostariam de usar os FRBs para sondar halos de gás difuso que cercam as galáxias. À medida que os pulsos de rádio viajam em direção à Terra, espera-se que o gás que envolve as galáxias diminua a velocidade das ondas e disperse as frequências de rádio. No novo estudo, a equipe de pesquisa analisou uma amostra de 474 FRBs distantes detectados pelo CHIME, que descobriu o maior número de FRBs até o momento. Eles mostraram que o subconjunto de duas dúzias de FRBs que passaram por halos galácticos foram de fato mais lentos do que FRBs sem interseção.

“Nosso estudo mostra que os FRBs podem atuar como espetos de toda a matéria entre nossos radiotelescópios e a fonte das ondas de rádio”, diz o principal autor Liam Connor, pesquisador associado de pós-doutorado Tolman em astronomia, que trabalha com professor assistente de astronomia e co-autor do estudo, Vikram Ravi.

“Usamos rajadas rápidas de rádio para iluminar os halos de galáxias próximas ao[{” attribute=””>Milky Way and measure their hidden material,” Connor says.

The study also reports finding more matter around the galaxies than expected. Specifically, about twice as much gas was found as theoretical models predicted.

All galaxies are surrounded and fed by massive pools of gas out of which they were born. However, the gas is very thin and hard to detect. “These gaseous reservoirs are enormous. If the human eye could see the spherical halo that surrounds the nearby Andromeda galaxy, the halo would appear one thousand times larger than the moon in area,” Connor says.

Researchers have developed different techniques to study these hidden halos. For example, Caltech professor of physics Christopher Martin and his team developed an instrument at the W. M. Keck Observatory called the Keck Cosmic Webb Imager (KCWI) that can probe the filaments of gas that stream into galaxies from the halos.

This new FRB method allows astronomers to measure the total amount of material in the halos. This can be used to help piece together a picture of how galaxies grow and evolve over cosmic time.

“This is just the start,” says Ravi. “As we discover more FRBs, our techniques can be applied to study individual halos of different sizes and in different environments, addressing the unsolved problem of how matter is distributed in the universe.”

In the future, the FRB discoveries are expected to continue streaming in. Caltech’s 110-dish Deep Synoptic Array, or DSA-110, has already detected several FRBs and identified their host galaxies. Funded by the National Science Foundation (NSF), this project is located at Caltech’s Owen Valley Radio Observatory near Bishop, California. In the coming years, Caltech researchers have plans to build an even bigger array, the DSA-2000, which will include 2,000 dishes and be the most powerful radio observatory ever built. The DSA-2000, currently being designed with funding from Schmidt Futures and the NSF, will detect and identify the source of thousands of FRBs per year.

Reference: “The observed impact of galaxy halo gas on fast radio bursts” by Liam Connor and Vikram Ravi, 4 July 2022, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-022-01719-7





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