Um conjunto de antenas de ra¡dio, incluindo aquelas que compõem o projeto STARE2 (Pesquisa para Emissão de Ra¡dio Astrona´mica Transiente 2) do Caltech, junto com outros observata³rios terrestres e espaciais, capturaram evidaªncias esmagadoras para ajudar a desvendar a misteriosa causa das explosaµes ca³smicas conhecidas como rápidas rajadas de ra¡dio, ou FRBs. Esses flashes de ra¡dio ultrarra¡pidos, descobertos pela primeira vez em 2007, são conhecidos por se originarem de gala¡xias distantes , mas atéagora, ninguanãm poderia dizer com certeza o que os estava causando. Em uma sanãrie de estudos publicados na revista Nature , os pesquisadores demonstram que a resposta ao enigma de uma década provavelmente envolve um tipo de estrela magnanãtica morta chamada magnetar.

Os magnetares são remanescentes estelares girata³rios, remanescentes da explosão de estrelas massivas. O que faz os magnetares se destacarem de outras estrelas mortas são seus campos magnanãticos extremos: o campo magnético de um magnetar émais de 100 trilhaµes de vezes mais forte que o campo magnético da própria Terra. Os magnetares foram identificados anteriormente como possa­veis fontes de FRBs, mas a evidência para esta teoria era limitada.

Com essas últimas descobertas, os astrônomos finalmente pegaram um magnetar em flagrante, enquanto ele disparava uma intensa explosão de ra¡dio em nosso pra³prio quintal ca³smico. O FRB foi detectado pela primeira vez em 28 de abril de 2020, pelo Experimento Canadense de Mapeamento de Intensidade de Hidrogaªnio, ou CHIME, localizado no sudoeste do Canada¡. Embora o CHIME tenha captado a explosão em sua visão perifanãrica, fora de onde o telesca³pio émais sensa­vel, estava claro que o sinal vinha de nossa própria gala¡xia, a Via La¡ctea (antes de agora, todos os FRBs observados se originaram de fora de nossa gala¡xia). A equipe CHIME divulgou um aviso sobre a detecção para a comunidade astrona´mica, o que levou a equipe Caltech STARE2 a acelerar sua inspeção de rotina de eventos candidatos detectados no ini­cio do dia.

"Quando vi os dados, fiquei basicamente paralisado", disse Christopher Bochenek (MS '18), autor principal de um novo estudo da Nature sobre os resultados do STARE2, e um estudante graduado da Caltech que trabalha com Vikram Ravi , professor assistente de astronomia da Caltech . "Nas frequências de ra¡dio que observamos com STARE2, o sinal era muito mais forte do que o relatado por CHIME. Pegamos o FRB de frente." Na verdade, esse evento equivale a  explosão de ra¡dio mais energanãtica já registrada de nossa gala¡xia, disparando tanta energia quanto o sol produz em cerca de 30 segundos, assumindo a distância estimada do magnetar de cerca de 30.000 anos-luz.

STARE2, um projeto liderado pelo Caltech com financiamento do Jet Propulsion Laboratory (JPL) da NASA e do Caltech, consiste em três receptores de ra¡dio, cada um do tamanho de um grande balde. Eles estãolocalizados no Owens Valley Radio Observatory da Caltech; o Goldstone Deep Space Communications Complex operado pela JPL; e perto da cidade de Delta, Utah. STARE2 não étãosensívelquanto CHIME, mas tem um campo de visão mais amplo que cobre basicamente todo o canãu visível, e observa em frequências de ra¡dio que são duas vezes mais altas do que aquelas vistas por CHIME.

“Fiquei muito surpreso quando Chris nos contou a novidade”, disse Ravi. "Atéesta explosão, o STARE2 estava operando por quase 450 dias sem detectar nada além do sol. Este era um projeto difa­cil, mas Chris trabalhou incansavelmente para monta¡-lo e viajou para todos os locais para configurar as antenas. éuma grande recompensa para um estudante de pós-graduação. Caltech éum a³timo lugar para estudantes ambiciosos como Chris moldarem seus pra³prios projetos. "

Além das ondas de ra¡dio, outros telesca³pios no espaço detectaram radiação eletromagnanãtica vinda da mesma área do canãu, especificamente de um magnetar chamado SGR 1935 + 2154 (SGR 1935 para breve). Os observata³rios Swift e Fermi da NASA, por exemplo, que observam raios-X e raios gama, respectivamente, captaram rua­dos do magnetar em 27 de abril, um dia antes da grande explosão de ra¡dio. Outros telesca³pios observaram rajadas de raios X simultaneamente com a rajada de ra¡dio. Entre eles estãoo INTEGRAL da Agência Espacial Europanãia (Laborata³rio de Astrofísica de Raios Gama Internacional); o satanãlite de raios-X Huiyan da Administração Espacial Nacional da China; o instrumento russo Konus na missão Wind da NASA; e a missão AGILE (Astro-Rivelatore Gamma a Immagini Leggero) da Agência Espacial Italiana. Telescópios adicionais também observaram a atividade do magnetar antes e depois do estouro do ra¡dio, ajudando a caracterizar o evento. Juntos, todos os observata³rios finalmente ajudaram a localizar o FRB capturado por CHIME e STARE2 em um magnetar.

O projeto STARE2 foi iniciado por Shri Kulkarni , o professor George Ellery Hale de Astronomia e Ciências Planeta¡rias da Caltech, e foi Bochenek quem colocou o projeto em funcionamento. Com a ajuda do co-autor Konstantin Belov do JPL e Dan McKenna, um engenheiro de instrumentos da Caltech, ele ajudou a encontrar os três locais para as antenas e a configura¡-los. Ele atétestou um escudo para o instrumento que éprojetado para bloquear ondas de ra¡dio indesejadas com técnicas improvisadas, como o uso de seu Prius; como outros carros, um Prius emite ondas de ra¡dio. Além disso, a equipe usou bandejas de bolo para ajudar a ajustar a sensibilidade do instrumento. “O que fizemos éum pouco estranho para a radioastronomia moderna”, diz Bochenek.

Ao contra¡rio do CHIME e de outros radiotelesca³pios com antenas grandes, as antenas STARE2 podem ver todo o canãu de uma vez. O que perdem em sensibilidade, ganham em campo de visão. "STARE2 funciona mais como uma antena de carro do que as antenas de ra¡dio que são normalmente usadas em astronomia", diz Bochenek.

A equipe escolheu três locais diferentes para as antenas para ajudar a estabelecer se qualquer sinal de ra¡dio era real. Como hámuito rua­do de fundo nas bandas de ra¡dio, detectar um sinal ao mesmo tempo em todos os três locais ajuda a confirmar que o sinal veio do Espaço. Além disso, pequenas diferenças de tempo no momento em que os receptores captam o sinal ajudam a localizar aproximadamente o sinal no canãu.

“Esta¡vamos todos canãticos de que isso funcionasse”, diz Ravi. "Embora estivanãssemos muito confiantes no hardware, que foi desenvolvido para o projeto de detecção FRB Deep Synoptic Array, demos ao STARE2 menos de 10 por cento de chance de realmente detectar uma explosão. As observações nos pra³ximos anos com o STARE2 e seus sucessores nos dira£o exatamente como tivemos sorte. "

Os dados do STARE2 ajudaram a estabelecer que a explosão de ra¡dio induzida por magnetar vindo de nossa própria gala¡xia ésemelhante aos FRBs observados em gala¡xias remotas. De acordo com Ravi, esses dados, junto com os dados do CHIME e de outros telesca³pios, fornecem fortes evidaªncias de que não apenas este FRB, mas muitos FRBs provavelmente vão de magnetares.

"STARE2 foi capaz de determinar sem ambiga¼idade o brilho da explosão rápida de ra¡dio porque captamos de frente", diz Ravi. "Descobrimos que o brilho era compara¡vel ao de rajadas rápidas de ra¡dio em distâncias extragala¡cticas. Como estivemos examinando grande parte do canãu por quase 450 dias, também pudemos mostrar que a taxa de eventos como essa rajada rápida de ra¡dio éconsistente com observações de rajadas de ra¡dio rápidas mais distantes. "

Além de mostrar o que causa FRBs, as novas observações de STARE2 e outros sugerem como os bursts ocorrem. De acordo com os cientistas, a coleta de dados atravanãs do espectro eletromagnético apa³ia a ideia de que as explosaµes nasuperfÍcie de um magnetar, semelhantes a s que irrompem dasuperfÍcie do sol, geram as explosões

"a‰ surreal. Nunca pensei que o STARE2 funcionaria tão bem", diz Bochenek. "Sentimo-nos afortunados por ter visto um evento tão magna­fico durante a vida deste projeto."