Explosões rápidas de rádio:a pesquisa introduz uma nova abordagem para caracterizar seu comportamento
Fissuras brancas na superfície do magnetar simbolizando a atividade de terremotos e pontas cônicas estendendo-se da superfície representando múltiplas explosões de FRBs. Os picos variam em tamanho, refletindo a variabilidade na energia de explosão. As linhas verdes conectando as rajadas indicam um caminho de caminhada aleatório, simbolizando a natureza estocástica da atividade de rajadas rápidas de rádio. Não há ligação direta entre as linhas verdes em zigue-zague e as fissuras dos terremotos, destacando a distinção entre a natureza dos FRBs e dos terremotos. Crédito:Science China Press As explosões rápidas de rádio (FRBs) representam as explosões de rádio mais intensas do universo. Desde a primeira descoberta em 2007, as FRBs têm atraído uma atenção significativa, culminando no Prémio Shaw de Astronomia de 2023. Com origem ainda desconhecida, estas explosões cósmicas extremas estão entre os fenómenos mais enigmáticos da astronomia e também da física.
A causalidade determina que as fontes FRB devem ser menores que c·dt em tamanho, onde c é a velocidade da luz e dt é a duração dos eventos. Para uma explosão típica de 1 milissegundo, isto implica uma região inferior a 300 quilómetros, implicando que objetos compactos, como estrelas de neutrões ou buracos negros, sejam os motores dos FRBs.
O giro rápido foi observado na maioria dos objetos compactos, dando origem à expectativa de periodicidade na repetição de rajadas de FRBs. No entanto, pesquisas extensivas de periodicidade de escalas de milissegundos a segundos falharam, levando a uma reavaliação dos mecanismos de emissão de FRB.
Uma equipe liderada pelo Professor Di Li dos Observatórios Astronômicos Nacionais da Academia Chinesa de Ciências introduziu uma nova abordagem para caracterizar o comportamento dos FRBs no espaço de fase bivariada tempo-energia. Quantificando a aleatoriedade e o caos usando o "Índice de Pincus" generalizado e o "Expoente de Lyapunov", respectivamente, eles conseguem colocar os FRBs no contexto de outros eventos físicos comuns, como pulsares, terremotos e erupções solares.
Os painéis superior e intermediário apresentam séries de eventos no espaço tempo-energético dessas fontes. A cor muda de azul para vermelho, implicando aumento da estocasticidade. No painel inferior, rajadas rápidas de rádio se reúnem com o movimento browniano em direção a regiões altamente aleatórias, porém menos caóticas, no espaço da fase estocasticidade-caos, que é distinto de terremotos e erupções solares, ambos mais caóticos, mas menos aleatórios que os FRBs. Crédito:Science China Press
Tanto a aleatoriedade quanto o caos causam imprevisibilidade, mas são distintos. A imprevisibilidade de uma sequência aleatória permanece constante ao longo do tempo - ao lançar dados, o resultado de cada lançamento não tem ligação com o anterior. Em sistemas caóticos, a imprevisibilidade aumenta exponencialmente com o tempo. Por exemplo, qualquer pessoa pode prever o tempo nos próximos segundos olhando para cima e em volta, mas ainda é um desafio para a humanidade prever com precisão o tempo a longo prazo.
A equipe descobriu que os FRBs vagam pelo espaço da fase energia-tempo, com um nível mais baixo de caos, mas um grau mais alto de aleatoriedade do que os de terremotos e erupções solares. A pronunciada aleatoriedade das emissões de FRB sugere uma combinação de múltiplos mecanismos ou locais de emissão. Este estudo estabelece um novo quadro de quantificação de FRBs e nos aproxima de finalmente revelar a origem dessas violentas explosões cósmicas.
A pesquisa foi publicada na revista Science Bulletin .
