Estallidos rápidos de radio rastrean la formación estelar cósmica con retraso casi nulo, según un nuevo estudio
Imagen destacada: Impresión artística de un magnetar emitiendo un estallido rápido de radio; crédito: NASA/JPL-Caltech
¿De dónde provienen los estallidos rápidos de radio? La pregunta ha dividido a los astrofísicos durante casi dos décadas. Un grupo sostiene que los FRB son producidos por magnetares jóvenes formados en supernovas de colapso del núcleo. El otro apunta a las fusiones de binarias compactas, eventos que se desarrollan a lo largo de cientos de millones a miles de millones de años. Un nuevo estudio publicado en el servidor de preimpresiones arXiv presenta la evidencia observacional más sólida hasta la fecha a favor de los magnetares jóvenes.
Yi-Ying Wang, Yin-Jie Li y Yi-Zhong Fan de la Academia China de Ciencias realizaron un análisis bayesiano jerárquico de modelado directo de la población CHIME/FRB, ajustando conjuntamente la muestra del catálogo, las fluencias de banda base y los corrimientos al rojo de las galaxias anfitrionas localizadas, mientras incorporaban de manera autoconsistente la función de selección del estudio. Su conclusión: la tasa cósmica de FRB alcanza su punto máximo en el mismo corrimiento al rojo que la historia de formación estelar cósmica, con un retraso medio de solo 0,1 a 0,3 mil millones de años. Esto es consistente con un origen inmediato y sin retraso a un nivel de dos sigma.
Un debate de larga data
Los estallidos rápidos de radio son pulsos de energía de radio de duración milisegundo que se originan fuera de la Vía Láctea. Desde su descubrimiento en 2007, los astrónomos han catalogado miles de ellos, la mayoría utilizando el Experimento Canadiense de Mapeo de Intensidad de Hidrógeno (CHIME) en Columbia Británica.
La cuestión central sobre su origen es el tiempo. Si los FRB provienen de magnetares jóvenes, su tasa debería seguir de cerca la tasa de formación estelar: las estrellas nacen, las masivas mueren rápidamente en supernovas, y las estrellas de neutrones resultantes con campos magnéticos extremos emiten FRB en decenas de millones de años. Si, por otro lado, los FRB provienen de fusiones de binarias compactas (dos estrellas de neutrones o una estrella de neutrones y un agujero negro en espiral), su tasa debería alcanzar su punto máximo significativamente más tarde que la formación estelar, porque el sistema binario tarda miles de millones de años en fusionarse.
Estudios previos produjeron resultados contradictorios. Un análisis de 2021 del primer catálogo CHIME descartó la hipótesis de que todos los FRB siguen la historia de formación estelar, y encontró que los datos se ajustaban mejor a un retraso significativo o a un modelo híbrido con una población retardada dominante y una población subdominante vinculada a la formación estelar. El nuevo estudio, que utiliza un catálogo más grande y métodos bayesianos más sofisticados, llega a la conclusión opuesta.
En qué se diferencia el nuevo análisis
Wang y sus colegas utilizaron una muestra más grande de CHIME y aplicaron un marco bayesiano jerárquico que tiene en cuenta los sesgos observacionales de manera mucho más cuidadosa que los trabajos anteriores. Modelaron la función de selección del estudio a través del propio marco de inyección de CHIME, que inserta FRB simulados en el flujo de datos real para medir lo que el telescopio realmente detecta versus lo que omite.
El resultado clave: en una variedad de modelos de tiempo de retraso, la tasa de FRB alcanza su punto máximo de manera robusta en el mismo corrimiento al rojo que la tasa de formación estelar cósmica. El retraso medio de 0,1 a 0,3 mil millones de años no es cero, pero es demasiado corto para el escenario de fusión de binarias compactas, donde los retrasos típicos superan los mil millones de años.
«Este hallazgo descarta los retrasos de múltiples gigaaños reportados previamente e interpretados como evidencia de un origen por fusión de binarias compactas», escriben los autores. «En cambio, apunta hacia sistemas progenitores vinculados a remanentes estelares jóvenes, más notablemente los magnetares formados en supernovas de colapso del núcleo».
Lo que esto significa
El resultado reduce significativamente las posibilidades teóricas. Si se confirma con estudios futuros, significa que la gran mayoría de los FRB se originan a partir de un solo canal inmediato: estrellas masivas que colapsan en estrellas de neutrones magnetizadas dentro de decenas de millones de años después de su formación. El canal retardado, si existe, solo puede explicar una pequeña minoría de eventos.
También significa que los FRB pueden servir como un trazador directo de la formación estelar cósmica, similar a cómo se utilizan las tasas de supernovas y los estallidos de rayos gamma. Debido a que los FRB son detectables a distancias mucho mayores que la mayoría de las supernovas, podrían convertirse en una nueva herramienta poderosa para medir qué tan rápido el universo formó estrellas en diferentes épocas de la historia cósmica.
El artículo está disponible en arXiv bajo el identificador 2607.09109, enviado para su publicación en una revista revisada por pares.
Traducido por Alessandra