Fast Radio Bursts (FRBs) são pulsos misteriosos de energia que podem durar de uma fração de milissegundo a cerca de três segundos. A maioria deles vem de fora da galáxia, embora um tenha sido detectado vindo de uma fonte dentro da Via Láctea. Alguns deles também se repetem, o que só aumenta o mistério.
Embora os astrofísicos pensem que um processo astrofísico de alta energia seja a provável fonte de FRBs, eles não têm certeza de como eles são gerados. Os pesquisadores usaram ondas gravitacionais (GWs) para observar uma fonte próxima e conhecida de FRBs para tentar entendê-los melhor.
A única fonte FRB confirmada na Via Láctea é uma estrela de nêutrons com um poderoso campo magnético – um magnetar—denominado SGR 1935+2154. Seu FRB foi detectado em 2020 e foi o primeiro a ser conectado a uma fonte. Embora SGR 1935+2154 esteja a cerca de 20.000 anos-luz de distância, ainda está perto o suficiente para ser estudado.
Em uma nova pesquisa publicada no The Astrophysical Journal, os cientistas usaram o detector de ondas gravitacionais britânico-alemão GEO600 para investigar quaisquer conexões entre os FRBs e as ondas gravitacionais. A pesquisa é “Uma pesquisa usando GEO600 para ondas gravitacionais coincidentes com rajadas rápidas de rádio de SGR 1935+2154”, e o autor principal é AG Abac. Abac é do Instituto Max Planck de Física Gravitacional.
Os FRBs são extraordinariamente energéticos, assim como os magnetares. Conectar um FRB ao magnetar SGR 1935-2154 é um grande passo na compreensão dos FRBs, embora ainda haja uma série de perguntas sem resposta. Alguns magnetares emitem repetidamente FRBs e também brilham em raios X. Os magnetares podem experimentar poderosos terremotos estelares quando a tensão em suas crostas é liberada, e a energia liberada sacode o campo magnético do magnetar, liberando os FRBs e os raios X. Os pesquisadores se perguntam se esses mesmos terremotos poderiam gerar ondas gravitacionais.
A observação do magnetar para GWs pode abrir uma janela para os magnetares e os processos que geram FRBs?
“Observar explosões rápidas de rádio e ondas gravitacionais de um magnetar quase simultaneamente seria a evidência que procuramos há muito tempo”, disse James Lough, cientista-chefe do detector de ondas gravitacionais alemão-britânico GEO600 no Instituto Max Planck. de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein; AEI) em Hanover. Uma observação simultânea de FRBs e GWs poderia confirmar a origem comum dos terremotos estelares gerados pela estrela de nêutrons. “É por isso que trabalhamos com uma equipe internacional para analisar os dados que coletamos com o GEO600 enquanto um magnetar na nossa porta cósmica emitia rajadas de rádio rápidas”, acrescenta Lough.
Se o magnetar estiver gerando GWs, eles serão fortes quando atingirem nossos detectores e seus efeitos deverão ser mais fáceis de observar. Entre abril de 2020 e outubro de 2022, o SGR 1935+2154 gerou três episódios de FRBs e o GEO600 estava escutando. O detector GW faz parte da rede global de detectores GW.
“Era essencial que o GEO600 pudesse continuar a observar enquanto todos os outros detectores estavam em fase de atualização”, explicou Lough. “Caso contrário, teríamos perdido a oportunidade de obter dados de ondas gravitacionais durante estes eventos fascinantes que ocorrem tão perto de nós.”
Infelizmente, uma análise cuidadosa dos dados do GEO600 não mostrou nenhuma evidência de GWs. No entanto, as observações do detector ainda eram valiosas. Como o magnetar está tão perto de nós, até a falta de detecção forneceu algumas informações novas.
Esta não é a primeira vez que os cientistas usam detectores de GW para procurar GWs emitidos simultaneamente com FRBs, bem como GWs de explosões de magnetares e falhas de pulsares. Diferentes pesquisadores usaram as colaborações mais poderosas do LIGO, Virgo e KAGRA (LVK) para encontrá-los, sem sucesso. “Embora não tenham sido encontradas detecções nestes estudos, as pesquisas estabeleceram limites superiores para a energia GW que pode ter sido emitida em associação com estes eventos”, escrevem os autores na sua investigação.
Os detectores LVK são maiores e mais potentes que o GEO600. Os seus dados mostram que a energia máxima possível das ondas gravitacionais que poderia ter sido emitida durante as FRBs de 2020 a 2022 do magnetar sem ser detectada deve ter sido até 10.000 vezes menor do que os astrónomos tinham concluído em estudos anteriores.
Diferentes modelos explicam como os GWs são produzidos em FRBs, e as observações dos GW ainda não são sensíveis o suficiente para distingui-los. No entanto, ao estabelecer limites para a força dos GW, as observações dos GW continuam a fornecer informações que ajudam os cientistas a refinar os seus modelos.
A tentativa de vincular GWs e FRBs está apenas começando. Embora o LIGO/Virgo não tenha conseguido observar o magnetar durante seus últimos FRBs, esperamos que eles estejam operacionais durante o próximo episódio. Desta vez, a sua eficácia e sensibilidade terão sido melhoradas.
Durante muito tempo, os astrofísicos teorizaram que os magnetares são a fonte das FRBs, e a detecção de FRBs do SGR 1935+2154 confirma isso, pelo menos para algumas FRBs. No entanto, o mecanismo exato por trás de sua geração permanece indefinido. “A relação entre estas explosões magnéticas e as FRBs é pouco compreendida, mas é provável que seja causada por diferentes processos físicos, mesmo que o comportamento magnético subjacente possa estar relacionado”, escrevem os autores na sua conclusão.
Se futuras observações GW do magnetar com os observatórios LIGO/Virgo e KAGRA atualizados puderem mostrar que os GW são emitidos simultaneamente com os FRBs, isso será um enorme desenvolvimento. “Dada a maior sensibilidade desses detectores em comparação com o GEO600, qualquer SGR 1935+2154 FRB durante o restante do O4 (observação da execução 4) poderia fornecer outra oportunidade para sondar a conexão GW-FRB”, explicam os autores do estudo.
“As coisas podem ficar emocionantes muito em breve. Esperamos que o magnetar, que está quieto há dois anos e não emitiu nenhuma explosão de rádio, volte a ficar ativo nos próximos meses”, diz Karsten Danzmann, diretor do AEI e diretor do Instituto de Física Gravitacional de Leibniz. Universidade de Hannover. A rede internacional de detectores está no meio de uma operação de observação que continuará até junho de 2025. “Com os dados dos instrumentos mais sensíveis, seremos capazes de observar ainda mais de perto se as rápidas explosões de rádio dos magnetares são acompanhadas por ondas gravitacionais e, portanto, talvez resolva um mistério muito antigo”, diz Danzmann.
