Señales del universo: cuáles son los dos misterios cósmicos que están cambiando nuestra comprensión del espacio

En un universo vasto y enigmático, dos descubrimientos recientes han sacudido los cimientos de lo que creíamos saber sobre el cosmos. Por un lado, los astrónomos han rastreado una explosión rápida de radio (FRB) hasta los márgenes de una galaxia muerta y masiva, desafiando teorías previas sobre su origen.

Por otro, se han detectado ondas de coro, un fenómeno electromagnético característico, en el espacio profundo, mucho más allá de lo que se consideraba posible. Estas dos revelaciones, aparentemente desconectadas, tienen algo en común: ambas apuntan a mecanismos aún desconocidos y nos invitan a replantearnos cómo funcionan las fuerzas fundamentales del universo.

Desde su descubrimiento, las explosiones rápidas de radio (FRB, por sus siglas en inglés) han intrigado a la comunidad científica. Se trata de ráfagas breves y potentes de ondas de radio que emiten más energía en milisegundos de lo que el Sol podría generar en un año. Hasta hace poco, se asumía que estas señales provenían exclusivamente de galaxias jóvenes y ricas en formación estelar, donde las estrellas masivas terminan sus vidas en supernovas, dando lugar a magnetares, objetos altamente magnetizados que se creían los responsables de las FRB.

Sin embargo, una nueva investigación publicada en Astrophysical Journal Letters ha revelado que la FRB 20240209A tiene un origen sorprendente: las afueras de una galaxia elíptica muerta, a 11.300 millones de años de antigüedad.

Según Tarraneh Eftekhari, líder del estudio, “no vemos ninguna evidencia de estrellas jóvenes en esta galaxia. Tal vez haya una subpoblación de FRB que estén asociadas con sistemas más antiguos”. Esto sugiere que los magnetares pueden no ser la única explicación para estas señales cósmicas.

“La teoría predominante es que las FRB provienen de magnetares formados a través de supernovas de colapso de núcleo, pero ese no parece ser el caso aquí. Mientras que las estrellas jóvenes y masivas terminan sus vidas como supernovas de colapso de núcleo, no vemos ninguna evidencia de estrellas jóvenes en esta galaxia. Gracias a este nuevo descubrimiento, está surgiendo una imagen que muestra que no todas las FRB provienen de estrellas jóvenes y pueden tener su origen en sistemas con más edad”.

“Esta nueva FRB nos muestra que justo cuando uno cree que comprende un fenómeno astrofísico, el universo da un giro y nos sorprende”, agregó su compañero Wen-fai Fong, profesor asociado de física y astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y miembro del Centro de Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica (CIERA).

La galaxia anfitriona de esta FRB es una de las más masivas jamás identificadas, con una masa 100 mil millones de veces mayor que la del Sol. Sin embargo, lo que intriga aún más es que esta señal se originó a 130.000 años luz del centro galáctico, en una región donde casi no hay formación estelar. “Esta FRB es la que se encuentra más alejada del centro de su galaxia anfitriona”, explicó Vishwangi Shah, investigadora del equipo.

El hallazgo plantea nuevas preguntas sobre cómo pueden surgir fenómenos tan energéticos en regiones aparentemente inactivas. Podría tratarse de magnetares formados por mecanismos alternativos, como la fusión de estrellas de neutrones o el colapso de una enana blanca. De confirmarse, este sería un canal de formación completamente distinto al asociado con supernovas de colapso de núcleo, lo que abre una ventana a nuevas posibilidades en la astrofísica.

Los astrónomos detectaron por primera vez la nueva FRB, denominada FRB 20240209A, en febrero de 2024 con el Experimento Canadiense de Mapeo de la Intensidad del Hidrógeno (CHIME). Las FRB son breves y potentes explosiones de radio que se encienden y desaparecen en cuestión de milisegundos y generan más energía en una sola explosión rápida que la que nuestro Sol emite en un año entero.

Pero este evento se repitió más de una vez. Entre el estallido inicial en febrero y julio de 2024, la misma fuente produjo otros 21 pulsos, seis de los cuales también fueron detectados por un telescopio de apoyo ubicado a 60 kilómetros de la estación principal de CHIME. Los telescopios de apoyo, versiones más pequeñas de CHIME, permiten a los astrónomos delimitar con precisión las ubicaciones específicas de las FRB en el cielo.

Mientras que las FRB amplían nuestra comprensión sobre los eventos de alta energía en el universo, otro descubrimiento reciente, publicado en Nature, está revolucionando el conocimiento sobre las ondas de coro, un fenómeno electromagnético que se pensaba limitado a las proximidades de los planetas con campos magnéticos.

Desde la década de 1960, las ondas de coro han sido estudiadas cerca de la Tierra, Saturno y Júpiter. Estas ondas, generadas por electrones atrapados en campos magnéticos, producen un sonido que, al ser convertido en audio, recuerda al trino de pájaros al amanecer. Se creía que este fenómeno solo podía ocurrir dentro de las regiones dipolares de los campos magnéticos planetarios, a menos de 51.000 kilómetros de la Tierra.

Sin embargo, un equipo de científicos liderado por Chengming Liu ha detectado ondas de coro en un lugar inesperado: el espacio profundo, a 160.000 kilómetros de la Tierra, en la región opuesta al Sol, donde el viento solar distorsiona la magnetosfera terrestre. “Durante más de 70 años, los científicos han creído que estas ondas solo pueden generarse en regiones cercanas a los planetas con campos magnéticos dipolares. En nuestro artículo, presentamos una observación inesperada de estas ondas lejos de la Tierra y revelamos un mecanismo fundamental que puede operar en cualquier lugar del espacio”, afirmó Liu.

Este hallazgo tiene implicaciones prácticas significativas. Las ondas de coro son capaces de acelerar electrones a energías extremadamente altas, lo que genera radiación peligrosa para los astronautas y los satélites. Comprender cómo se generan y propagan es crucial para desarrollar medidas de protección contra estas amenazas, especialmente en misiones espaciales largas, como un viaje tripulado a Marte.

El equipo utilizó datos de la Misión Magnetosférica Multiescala (MMS) de la NASA, un conjunto de cuatro satélites diseñados para estudiar los procesos dinámicos en la magnetosfera. Allí detectaron ondas de coro que duraban una décima de segundo y cambiaban rápidamente de frecuencia, de grave a aguda, al igual que las observadas cerca de la Tierra. Esto indica que el proceso de formación podría ser similar en ambos entornos, siempre que las condiciones sean adecuadas.

Las ondas de coro se generan por una inestabilidad de plasma: los electrones atrapados en un campo magnético giran en espiral alrededor de las líneas de ese campo. En ocasiones, este movimiento se desordena, produciendo resonancias entre las ondas y los electrones, que transfieren energía a estas partículas y aceleran su velocidad. Este mismo mecanismo parece estar operando en regiones del espacio donde no existe un campo magnético dipolar tradicional.

El descubrimiento de ondas de coro en el espacio profundo tiene aplicaciones prácticas de gran relevancia. “Así como nos preocupamos por la lluvia y el viento en la superficie terrestre, debemos preocuparnos por el clima espacial en el espacio”, señaló Liu. Las ondas de coro pueden aumentar la radiación en los cinturones de Van Allen, afectando tanto a los satélites como a los sistemas de comunicación en la Tierra.

En el contexto de la exploración espacial, estas ondas representan un desafío para la seguridad de las misiones tripuladas. La exposición prolongada a la radiación espacial, exacerbada por las ondas de coro, es uno de los mayores obstáculos para los viajes interplanetarios. Según Liu, “una vez que entendamos cómo se generan estas fluctuaciones, podremos intentar controlar su producción, evitando así que representen riesgos para los astronautas y los satélites”.

Ambos descubrimientos, aunque centrados en fenómenos distintos, tienen algo en común: desafían nuestras teorías previas y revelan un universo más complejo de lo que se pensaba. En el caso de las FRB, el hecho de que puedan originarse en galaxias muertas y en regiones sin formación estelar activa obliga a replantear los modelos estándar sobre su origen. Por otro lado, la detección de ondas de coro en el espacio profundo sugiere que estos fenómenos no están restringidos a los campos magnéticos planetarios, como se creía, y que podrían ocurrir en cualquier parte del cosmos.

Estos hallazgos no solo amplían nuestro conocimiento del universo, sino que también destacan la importancia de continuar explorando lo desconocido. Ya sea rastreando señales misteriosas o descifrando el trino cósmico de las ondas de coro, queda claro que el cosmos aún tiene muchos secretos por revelar. Como afirmó Wen-fai Fong, “justo cuando uno cree que comprende un fenómeno astrofísico, el universo da un giro y nos sorprende”.