Hasta hace 10 años, los radio-astrónomos pensaron que habían reunido una imagen esencialmente completa del cielo. En esta visión, con los telescopios en sintonía con las ondas de radio más que con la luz visible, las fuentes de radio más brillantes del sistema solar —el Sol y Júpiter— palidecerían ante el esplendor de la Vía Láctea. Radiante con emisiones de radio los escombros de las supernovas chisporroteantes, guarderías estelares envueltas en gas y los flashes metronómicos de los púlsares, nuestra galaxia dominaría la vista aérea. Más allá de eso, el cielo estaría moteado con puntos de luminosidad constantes y proveniente de los radio-eructos de agujeros negros supermasivos en los centros de galaxias distantes.

Resulta, sin embargo, que esos astrónomos habrían pasado por alto algo grande. Los cielos también brillan con algo totalmente inesperado: veloces explosiones de radio o FRBs, por sus siglas en inglés —destellos de ondas de radio tan “brillantes” como 500 millones de soles, que se encienden en lugares aparentemente aleatorios y se desvanecen en solo milisegundos. Debido a que la mayoría de los radiotelescopios solo pueden examinar pequeñas partes de cielo por períodos cortos, el fenómeno había pasado desapercibido durante décadas.

Incluso ahora, con el estudio de las veloces explosiones de radio convirtiéndose en el subcampo más vibrante de la radioastronomía, el fenómeno sigue sin explicarse, y los observadores han informado la detección de menos de dos docenas en total. Pero extrapolar esos escasos resultados a toda la esfera celestial sugiere que el cielo debería brillar con quizás cientos de veloces explosiones de radio por día. Los astrónomos bromean regularmente sobre que hay más teorías para las fuentes físicas del fenómeno que las veloces explosiones de radio observadas. Estas van desde soles explosivos, estrellas de neutrones que chocan, hasta agujeros negros que se evaporan —o quizás, hasta extraterrestres hablantines–.

SINTONIZANDO EL ESPACIO INTERGALÁCTICO

Sin embargo, lo que comparten todas las veloces explosiones de radio observadas es un curioso esparcimiento de sus frecuencias que coincide con las expectativas de cómo las nubes de electrones en el espacio profundo alterarían la propagación de las ondas de radio que viajan a través del cosmos. Cuanto mayor es el esparcimiento, más plasma — gas ionizado— debe haber atravesado las ondas de las veloces explosiones de radio. Hasta la fecha, todas las veloces explosiones de radio detectadas muestran esparcimientos mayores que lo que podría ser producido fácilmente por todo el plasma interestelar en nuestra galaxia. Esto sugiere que su luz ha viajado hasta nosotros a través de miles de millones de años luz y que están entre los fenómenos más luminosos del universo. Si es así, los astrónomos podrían usar las veloces explosiones de radio para estudiar nuevas fronteras de la astrofísica de alta energía y para mapear los campos inexplorados del raro y magnetizado plasma que impregna el espacio intergaláctico. Pero las regiones más densas y cercanas del plasma —como las que se encuentran en las capas exteriores de estrellas en llamas o en las capa de escombros que rodea a las supernovas— también podrían esparcir la luz de una veloz explosion de radio. Esto lleva a algunos investigadores a sospechar que en realidad son producidos por procesos astrofísicos mucho más prosaicos aquí mismo en nuestra Vía Láctea u otras galaxias cercanas, y por lo tanto mucho menos prometedores como nuevas herramientas para investigar la estructura a gran escala del universo.

Mucho está en juego en este gran misterio cósmico. Resolverlo requiere señalar la fuente de una veloz explosión de radio para ver si proviene de una galaxia lejana, una estrella cercana o algo intermedio. Una clave clave surgió en 2016, cuando los astrónomos que usaban el radiotelescopio de Arecibo en Puerto Rico reportaron una veloz explosión de radio repetitiva, apodada FRB 121102, que se lanzaba de manera esporádica en la constelación Auriga. Eso dio a los investigadores un objetivo para escudriñar, e indicó que al menos algunas veloces explosiones de radio son causadas por procesos que no resultan en la cataclísmica destrucción de la fuente.

Pero si la fuente de las repetidas veloces explosiones de radio estaba cerca o muy lejos seguía siendo difícil de conocer. Investigaciones preliminares solo podían limitar la fuente a una parte relativamente grande de cielo visto desde la Tierra que era una décima parte del diámetro de la luna llena y lleno de estrellas y galaxias de fondo. Pero ahora, en una reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Grapevine, Texas, un equipo internacional de astrónomos anunció que han identificado la fuente, recopilando una red global de radiotelescopios para rastrear una veloz explosion de radio a una enigmática galaxia enana a miles de millones de años luz de distancia. 

Sus hallazgos fueron publicados el 4 de enero en Nature y en dos artículos adicionales en The Astrophysical Journal Letters. En conjunto, estos estudios confirman casi una década de especulación de que la mayoría de las veloces explosiones de radio son probablemente eventos extremadamente brillantes y enérgicos vistos a través de enormes distancias cósmicas.

UN DESCUBRIMIENTO INNOVADOR

Dirigido por Shami Chatterjee, investigador asociado sénior de la Universidad de Cornell, el equipo utilizó el telescopio Arecibo y el Very Large Array en Nuevo México para monitorear múltiples ráfagas de la FRB 121102. Luego se unieron con otro equipo dirigido por Benito Marcote del Joint Institute for VLBI en los Países Bajos, usando la red europea de interferometría de muy larga base de radio telescopios para localizar con precisión la fuente en una región del cielo apenas 100 millonésimas del diámetro de la luna llena. En el proceso también detectaron una emisión de radio débil y persistente a menos de 100 años luz de los poderosos eventos de las veloces explosiones de radio. Finalmente, los dos grupos trabajaron con un tercer equipo, dirigido por Shriharsh Tendulkar de la Universidad McGill en Montreal, para acercar la ubicación de la fuente en el cielo usando el telescopio óptico Gemini North en Hawái, espiando una pequeña mancha de luz que parecía ser una galaxia enana a más de tres mil millones de años luz de distancia.

“Este es el avance que todo el mundo quería”, dice James Cordes, un radioastrónomo en Cornell y coautor de dos de los estudios. “Se ha resuelto la especulación”, dice, añadiendo que FRB 121102 “sirve como un prototipo para todos los FRB hasta que seamos obligados a pensar de otra manera”.

Según Chatterjee, Cordes y sus coautores, si esta veloz explosión de radio extragaláctico en concreto es representativa de todas los demás, descarta todas las teorías que proponen a las FRBs como el producto de procesos en o alrededor de nuestra Vía Láctea. También eliminaría todos los modelos que se basan en las explosiones catastróficas únicas o las fusiones de varios tipos de estrellas y sugeriría que todas las FRBs se repetirán si se monitorean lo suficiente.

El resultado marca una agenda para futuros estudios de FRB tan ambiciosa como sea necesaria, porque el descubrimiento del hogar cósmico de la FRB 121102 plantea tantas preguntas como respuestas. Para conocer la verdadera naturaleza de las veloces explosiones de radio, este repetidor aparentemente singular exigiría un escrutinio aún mayor, y todas las veloces explosiones de radio previamente observadas tendrían que ser reexaminados para detectar signos de repetición. Lo que es más importante, se necesitarían construir nuevas redes de radiotelescopios de alta resolución y de campo amplio para realizar estudios FRB en todo el cielo para detectar y localizar rápidamente las evasivas erupciones a medida que se producen en todo el universo. Si encuentran más que se repitan y se localizan en galaxias enanas distantes, una nueva era paradigmática de descubrimiento cosmológico puede estar a la mano. Si no, el curioso comportamiento del FRB 121102 puede convertirse en otro caso frío cósmico en los anales de la historia de la astronomía.

UNO ES EL NÚMERO MÁS SOLITARIO

Por ahora, Derek Fox, un astrónomo de la Universidad Estatal de Pensilvania no afiliado a los estudios del equipo, se muestra escéptico de que la repetición de la FRB 121102 pueda conciliarse con la de otra FRB que su equipo informó a fines del año pasado. Llamada FRB 131104, este evento parecía emitir una explosión de minutos de rayos gamma mil millones de veces más enérgica que su pulso de radio de milisegundos. “Entre nuestro grupo, tendemos a sentir que los requisitos de energía tan exigentes para la emisión de rayos gamma del FRB 131104 sugieren que no puede ser una fuente repetitiva”, dice Fox, porque su progenitor sería destruido por el proceso. “Se requieren por lo menos dos poblaciones [de FRBs], con emisión de rayos gamma luminosa proveniente solo  de alguna fracción de los FRBs no repetitivos”.

Chatterjee reconoce que podría haber varios tipos de veloces explosiones de radio —algunos se repiten, otros no–. “Hasta ahora, estamos razonando a partir de una muestra de uno”, dice. “Pero ciertamente la explicación más rentable es que hasta ahora no hemos tenido suerte con otras veloces explosiones de radio, y todas son capaces de repetir. Si no, tenemos dos (o más) misterios divertidos en nuestras manos ¡en lugar de uno!” Solo quedan un puñado de explicaciones plausibles para las misteriosas repeticiones de la FRB 121102, pero ninguna carece de problemas. Cordes dice que algunas de las entrecortadas repeticiones de esta FRB podrían ser ilusorias, creadas por nubes de plasma que magnifican o enmascaran una emisión de radio posiblemente continua (pero todavía muy misteriosa) de alguna fuente desconocida.

Presumiendo en cambio que las repeticiones son intrínsecas a la fuente de esta FRB, los estallidos de estrellas de neutrones jóvenes altamente magnetizadas llamadas "magnetares" podrían explicar este comportamiento —como los chorros expulsados de un agujero negro supermasivo que se atiborra de gas y polvo en el núcleo de una galaxia–. Algunas teorías híbridas incluso proponen que las veloces explosiones de radio podrían ser producidas por las interacciones entre estos dos exóticos objetos astrofísicos y el entorno inmediato alrededor de un agujero negro de alimentación, o una estrella de neutrones recién nacida también podría producir la emisión de radio de fondo persistente que parece subyacer los episódicos estallidos de FRB 121102.

GALAXIA ENANA, PROBLEMA GIGANTE

El problema es que las estrellas de neutrones y los agujeros negros supermasivos se encuentran típicamente en galaxias grandes —no en pequeños como esta enana recién descubierta, que se estima que es 10 veces más pequeña y mil veces más ligera que nuestra propia Vía Láctea–. Además, se espera que un agujero negro supermasivo esté al acecho del centro de una galaxia, pero los estallidos de FRB 121102 parecen originarse en la periferia de la galaxia enana. Por el contrario, las galaxias enanas tienden a poseer mayores cantidades de un prístino gas primordial que las galaxias más grandes, lo que promueve la formación de estrellas muy masivas. Cuando estas estrellas mueren, pueden crear explosiones de rayos gamma de larga duración y explosiones de supernovas superluminosas —cataclísmicas explosiones que se pueden ver a través del universo–. La localización de FRB 121102 en una galaxia enana podría sugerir que sus repentinos estallidos están de alguna manera relacionados con estos otros eventos enérgicos y mucho más destructivos. O, en su lugar, podría implicar que los astrónomos se siguen perdiendo algo fundamental en sus análisis.

Estas inconsistencias acumuladas hacen que algunos expertos pregunten si la “galaxia enana” de FRB 121102 es realmente una galaxia, o quizás algo más extraño y menos familiar para la ciencia. Las fuentes de radio estables y compactas como la detectada por Chatterjee y sus colegas “no son escuchadas en galaxias tan pequeñas”, dice Vikram Ravi, un astrónomo del Instituto de Tecnología de California que no estuvo involucrado en el trabajo del equipo. “La conclusión es esta”, dice Ravi. “Se ha identificado una contraparte persistente a [FRB 121102], y es diferente a cualquier fuente que conozcamos anteriormente”.

En un comentario que acompaña al estudio de Nature, Heino Falcke, un astrónomo de la Universidad de Radboud en Holanda, especuló que en lugar de una galaxia enana, el objeto podría ser “el núcleo de una galaxia interrumpida”, “un agujero negro aislado” o “una estrella estallando ‘disfrazada’ para parecer un agujero negro”. En medio de esa incertidumbre, Falcke escribió que por ahora, “Chatterjee y sus colegas, y el resto de la comunidad astrofísica, se quedan rascándose la cabeza”.