Sinal de rádio recorde veio de galáxia 1.000 vezes menos massiva que o esperado

Um pulso de rádio que durou apenas milissegundos atravessou mais de 10 bilhões de anos de história cósmica antes de chegar até nós. O evento, chamado FRB 20240304B, é o fast radio burst mais distante conhecido e nasceu quando o Universo tinha cerca de 3 bilhões de anos.

O recorde não é a parte mais interessante. Quando o James Webb encontrou a galáxia de onde o sinal veio, a equipe viu algo muito diferente do esperado: uma galáxia anã em formação estelar, descrita pela NASA como cerca de 1.000 vezes menos massiva do que a hospedeira que os pesquisadores imaginavam encontrar.

Essa diferença ajuda a testar uma das principais perguntas sobre fast radio bursts, ou FRBs: que tipo de objeto consegue produzir um pulso de rádio tão intenso em tão pouco tempo?

O Webb não detectou o pulso de rádio

A primeira distinção é importante. O James Webb não foi o telescópio que detectou o FRB.

O sinal apareceu em 4 de março de 2024 nas observações do projeto MeerTRAP, que usa o radiotelescópio MeerKAT, na África do Sul. O MeerKAT detectou o pulso e conseguiu determinar sua posição no céu com precisão suficiente para iniciar a busca pela galáxia hospedeira.

Os dados de rádio já indicavam que o evento provavelmente estava muito distante. O problema era confirmar a distância. Mesmo sabendo onde olhar, os grandes telescópios terrestres usados no acompanhamento não encontraram uma galáxia visível naquele ponto.

Foi aí que o Webb entrou.

A NIRCam, câmera de infravermelho próximo do telescópio, detectou uma pequena galáxia exatamente na região esperada. Depois, o espectrógrafo NIRSpec mediu seu redshift em 2,148. Esse desvio para o vermelho corresponde a uma época em que o Universo tinha apenas cerca de 3 bilhões de anos.

A página de dados da imagem da NASA coloca a hospedeira a aproximadamente 10,63 bilhões de anos-luz. Isso não significa que a galáxia tenha hoje 10,63 bilhões de anos. A medida descreve a enorme distância e o tempo que a luz levou para chegar até nós.

Se quiser uma explicação mais detalhada dessa diferença, vale o nosso guia sobre como o James Webb enxerga bilhões de anos no passado.

A galáxia era pequena demais para o cenário esperado

A equipe esperava encontrar uma galáxia grande e bem desenvolvida. Em vez disso, o Webb revelou uma hospedeira anã, irregular e com formação estelar ativa.

Segundo a NASA, ela era cerca de 1.000 vezes menos massiva do que o esperado. O estudo também indica que boa parte de suas estrelas pode ter se formado em uma janela de apenas algumas dezenas de milhões de anos.

Esse detalhe muda a discussão sobre a origem do FRB porque alguns mecanismos precisam de muito tempo para acontecer.

Uma hipótese envolve a fusão de duas estrelas de nêutrons. Depois de formadas, elas podem orbitar uma à outra por períodos muito longos até perder energia e finalmente colidir. Em muitos sistemas, essa evolução exige centenas de milhões ou bilhões de anos.

Uma galáxia dominada por formação estelar recente deixa pouco tempo disponível para esse caminho.

Por isso, os autores consideram muito improvável que FRB 20240304B tenha sido produzido por uma fusão desse tipo.

Magnetars ganham força, mas o mistério não acabou

Outro cenário envolve magnetars, estrelas de nêutrons jovens com campos magnéticos extremos.

Um magnetar pode surgir pouco depois da explosão de uma estrela massiva. Isso cria uma rota muito mais rápida entre a formação de estrelas e a produção de um FRB. Uma galáxia jovem, pequena e ainda formando estrelas combina melhor com esse tipo de cronologia.

O resultado, porém, não equivale a uma fotografia do objeto que emitiu o sinal.

Os pesquisadores não identificaram um magnetar individual na galáxia e não demonstraram que todos os fast radio bursts têm a mesma origem. O que o ambiente da hospedeira faz é enfraquecer uma explicação lenta para este evento específico e favorecer cenários capazes de produzir FRBs pouco tempo depois de uma fase intensa de formação estelar.

Essa nuance importa porque há FRBs que se repetem, outros vistos uma única vez e uma variedade grande de propriedades nos sinais. É possível que mais de um mecanismo físico produza fenômenos classificados sob o mesmo nome.

O que foi medido e o que ainda é hipótese

Há três etapas diferentes nessa descoberta.

A primeira é direta: o MeerKAT detectou o pulso em rádio e localizou sua posição.

A segunda também é observacional: o Webb encontrou a galáxia hospedeira e mediu seu redshift por espectroscopia, confirmando que o evento ocorreu em uma época muito antiga do Universo.

A terceira é interpretativa: as propriedades da galáxia tornam um progenitor jovem, como um magnetar, mais compatível com o que foi observado e deixam uma fusão tardia de estrelas de nêutrons menos provável para este caso.

Separar essas camadas evita uma conclusão que o estudo não oferece. O trabalho não resolveu definitivamente a origem dos FRBs. Ele eliminou espaço para algumas explicações e mostrou que esses pulsos já aconteciam com força em uma fase muito mais antiga da história cósmica do que a maior parte da amostra conhecida.

Um pulso de milissegundos também funciona como sonda cósmica

FRBs não carregam apenas informação sobre a fonte. O sinal atravessa gás ionizado, campos magnéticos e estruturas cósmicas no caminho até a Terra.

Esse material altera propriedades das ondas de rádio. Ao medir essas mudanças, astrônomos conseguem usar o pulso como uma espécie de sonda de tudo que existe entre a galáxia emissora e nós.

No caso de FRB 20240304B, a equipe encontrou a assinatura de duas estruturas ao longo da linha de visada: o aglomerado de Virgem, relativamente próximo em escala cosmológica, e outro aglomerado de galáxias que ainda não era conhecido nesse contexto.

O artigo na Science destaca que o evento atravessou aproximadamente 80% da história cósmica. Isso torna o FRB útil não apenas para investigar sua própria origem, mas também para estudar matéria ionizada que é difícil de observar diretamente entre galáxias.

Quanto mais FRBs distantes forem localizados com precisão, maior fica essa capacidade de usar pulsos curtíssimos como mapas indiretos do Universo.

O recorde de FRB 20240304B, portanto, vale por duas razões. Ele empurra a detecção desses fenômenos para uma época muito mais remota e mostra que uma galáxia pequena, jovem e ativa já conseguia produzir um dos sinais de rádio mais extremos conhecidos.