¿Están relacionados los FRB y los GRB?

Título: Limitaciones de los isótopos rápidos similares a ráfagas de radio a las ráfagas de rayos gamma usando CHIME/FRB

Autores: alicia b Curtin, Shriharsh B. Tendulkar, Alexander Josevi, et al.

Fundación Primer Autor: Universidad McGill

condición: arxiv [open access]

Los astrónomos explotan de emoción al descubrir un misterio explosiones de radio rápidas (FRB). Los FRB son un nuevo fenómeno astronómico descubierto en la última década. Son pulsos energéticos de ondas de radio que duran unos pocos milisegundos y que fueron descubiertos por primera vez por Radiotelescopio Parkes en 2007. Desde entonces, se han descubierto varios cientos de FRB, pero su origen sigue siendo un misterio. Los autores de hoy están estudiando si los FRB podrían estar relacionados con otro tipo de fenómeno de explosión: Estallidos de rayos gamma (GRB).

¿Qué son los estallidos de rayos gamma?

Como su nombre lo indica, los GRB son ráfagas de rayos gamma altamente energéticas que pueden durar desde unas milésimas de segundo hasta unos cien segundos. La energía de los fotones de rayos gamma puede ser de unos pocos JVoltio (A modo de comparación, la energía de los rayos X es ~1-100 keV, la energía de los fotones ópticos es ~1 eV y la energía de los fotones de radio FRB es ~ueV). Los GRB han sido ampliamente estudiados durante las últimas tres décadas. Los GRB vienen en dos sabores: GRB largos y cortos, que se distinguen por su duración. Los GRB largos (LGRB) duran unos pocos segundos, mientras que los GRB cortos (SGRB) varían de unos pocos milisegundos a unos pocos segundos. Se cree que la mayoría de los LGRB se producen con una rotación rápida Una gran estrella explota Como un núcleo de avalancha de supernova. Se cree que los SGRB se producen cuando una estrella de neutrones (NS) se fusiona con otra estrella de neutrones o un agujero negro (BH).

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¿Cuál es la relación de los GRB con los FRB?

Dado que los fotones GRB y FRB están separados por unos 15 órdenes de energía, es natural preguntarse si esperaríamos que se correlacionen. Resulta que hay varios modelos teóricos que vinculan los SGRB con los FRB (ver este morder por ejemplo). Los modelos predicen que justo antes (antes de SGRB) una fusión NS-NS o una fusión NS-BH, se puede producir una explosión similar a FRB a partir de vientos empujados desde la superficie NS, o una interacción cubiertas magnéticas de dos estrellas de neutrones, o por un campo eléctrico inducido por el movimiento de la NS alrededor de la NS o BH. Incluso después de la fusión (es decir, después de SGRB), si se forma una nueva NS hipermagnetizada, puede producir una emisión similar a un púlsar en la escala de energía de las FRB. Por el contrario, no existen muchos modelos teóricos que vinculen FRB y LGRB. La razón principal de esto es que en una supernova con colapso del núcleo, hay una gran cantidad de material expulsado, lo que haría que la región fuera opaca a las emisiones de radio similares a FRB.

A pesar de la gran cantidad de modelos que vinculan los FRB con los SGRB, no se han realizado búsquedas para probar si estos dos modelos están relacionados entre sí.

¡Los astrónomos están sonando!

Los autores del artículo de hoy se propusieron investigar si alguno de los FRB que conocemos es compatible con los GRB que conocemos. Para su análisis, seleccionaron alrededor de 500 FRB detectados por calabaza Radiotelescopio en 2018-2019. CHIME no solo puede detectar FRB, sino que también puede ubicarlos en un área del cielo donde es probable que se haya originado el empuje. Normalmente, el tamaño de este parche es de ~0,27°. A continuación, los autores recogieron una muestra de 81 GRB detectados durante el mismo período por varios telescopios espaciales como el FermiY el RápidoY el integrado Y el Viento de Konos. Al igual que CHIME, estos telescopios también pueden localizar GRB. Los autores limitaron su muestra solo a aquellos que tenían una mancha mejor que 1 grado cuadrado. (El área del ángulo de la Luna es de aproximadamente 0,5 grados cuadrados).

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Luego buscan coincidencias espacio-temporales entre FRB y GRB. Para la coincidencia espacial, se requiere un error de 3 sigma (es decir, ~0,81 pies cuadrados, consulte la figura mencionada en el párrafo anterior) en la posición FRB para superponerse con el error de 3 sigma en la posición GRB. Para la coincidencia temporal, requieren que FRB y GRB ocurran dentro de los siete días de diferencia. No encontraron ningún FRB sincronizado en términos de tiempo y espacio con el GRB. Sin embargo, encontraron dos GRB que solo coincidían espacialmente con dos FRB de su muestra. Los dos GRB están separados de los FRB por 10 y 273 días, respectivamente.

Sin embargo, debido a la gran cantidad de GRB y FRB que se detectan a diario, es posible que, en el transcurso de un año, los FRB y los GRB coincidan solo por casualidad. Los autores realizaron una simulación y estimaron que la probabilidad de obtener 2 FRB simultáneos con 2 GRB por casualidad es ~ 50%, ¡muy alta! Concluyeron que la asociación FRB-GRB no es estadísticamente significativa.

Figura 1: Las flechas indican los límites superiores de CHIME en las transmisiones de radio GRB en función del tiempo. El asterisco rojo indica el momento en que Swift descubrió el GRB. La estructura en los límites superiores refleja el patrón de sensibilidad en el cielo (o patrón de haz) de la antena CHIME. Dado que la posición del GRB pasa a través de CHIME, viaja a través del patrón de haz de CHIME. CHIME es más sensible a los objetos directamente sobre la cabeza, y la sensibilidad disminuye a medida que nos alejamos del pico (Fig. 3 en el artículo)

Dado que los autores no encontraron ninguna asociación para FRB-GRB, ¡hacen lo siguiente mejor! Para los GRB en su muestra, utilizan los datos de CHIME alrededor del momento de la observación para establecer límites superiores en cualquier emisión similar a FRB del GRB. Pueden poner límites a las transmisiones de radio de 10 GRB en su muestra, ya que estos 10 estaban en el campo de visión de CHIME cuando explotó. La figura 1 muestra un ejemplo del tipo de restricciones que pueden derivar.

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En el futuro, los autores planean continuar buscando coincidencias de FRB y GRB utilizando técnicas similares a las de este artículo. ¡También destacan la importancia de realizar estas búsquedas en tiempo real, para poder estudiar en detalle el próximo FR/GR-Burst!

Editado por: William Palmer

Crédito de la imagen destacada: James Josephides / Swinburne

Acerca de Viraj Karampilkar

Soy un estudiante graduado de segundo año en Caltech. Mi investigación se centra en la astronomía en el dominio del tiempo infrarrojo. Estudio las explosiones de polvo y el polvo que cubre las estrellas variables usando telescopios ópticos e infrarrojos. Trabajo principalmente con datos de Zwicky Transient Facility y Palomar Gattini-IR Telescopes. Me encanta ver películas, obras de teatro, jugar al bádminton y tratar de mejorar mis habilidades de ajedrez y crucigramas.

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