El universo todavía guarda fenómenos que desafían la comprensión de los astrónomos. Uno de ellos son las ráfagas de radio rápidas, destellos de energía que duran apenas unos milisegundos y viajan miles de millones de años luz antes de llegar a la Tierra. 

Ahora, el telescopio espacial James Webb de la NASA logró identificar la galaxia que alberga la ráfaga más distante observada hasta la fecha, un hallazgo que ofrece nuevas pistas sobre cómo se producen estas misteriosas señales cósmicas.

Señal FRB 20240304B, en la mira de la NASA

El descubrimiento se centra en la señal FRB 20240304B, detectada el 4 de marzo de 2024 por el equipo MeerTRAP mediante el radiotelescopio MeerKAT, ubicado en Sudáfrica. 

Los primeros datos indicaron que podía proceder de una región extremadamente lejana del universo, pero confirmar su distancia representaba un desafío, ya que los telescopios terrestres no conseguían observar la galaxia responsable de la señal.

Para resolver el enigma, los investigadores recurrieron al telescopio James Webb. Fue gracias a sus instrumentos especializados en observar el universo en luz infrarroja, que el equipo localizó la galaxia anfitriona y midió su distancia con precisión.

Los resultados del estudio no sólo permitieron establecer un nuevo récord de distancia, sino que también revelaron características inesperadas de la galaxia, lo que podría ayudar a determinar qué fenómenos producen estas explosiones de energía.

Una señal que viajó desde los primeros miles de millones de años del universo

Las ráfagas de radio rápidas (FRB, por sus siglas en inglés), fueron descubiertas en 2007. Desde entonces, los científicos han detectado numerosas señales de este tipo, aunque su origen continúa siendo un misterio, en parte porque muchas aparecen una sola vez y no vuelven a repetirse.

La medición del James Webb situó a la galaxia de FRB 20240304B en un corrimiento al rojo de 2.148, una medida que permite estimar cuánto se ha expandido el universo desde que la luz inició su viaje. Esto significa que la señal procede de una época en la que el cosmos tenía apenas unos 3 mil millones de años de existencia, frente a los aproximadamente 13 mil 800 millones de años que tiene actualmente.

La mayoría de las ráfagas de radio rápidas conocidas proceden de etapas mucho más recientes de la historia cósmica. Por ello, estudiar una señal de una época tan temprana permite a los astrónomos investigar qué condiciones existían cuando el universo todavía atravesaba una intensa etapa de formación de estrellas.

Una galaxia mucho más pequeña de lo esperado

Los astrónomos esperaban encontrar una galaxia grande, con una población considerable de estrellas, debido a que muchas de las galaxias asociadas con estas ráfagas presentan esas características.

Sin embargo, el telescopio James Webb reveló una galaxia enana cuya masa es aproximadamente mil veces menor de lo que esperaba el equipo científico. A pesar de su reducido tamaño, esta galaxia forma estrellas activamente.

El hallazgo resulta relevante porque la galaxia existía durante el llamado mediodía cósmico, una etapa en la que la formación de estrellas alcanzó su máximo ritmo en la historia del universo. Los cálculos de los investigadores sugieren que la mayoría de las estrellas de esta galaxia podrían haberse formado en un periodo de apenas 30 millones de años.

¿Qué produce las ráfagas de radio rápidas?

La identificación de esta galaxia también aporta información para evaluar dos de las principales hipótesis sobre el origen de las FRB:

• Colisión de estrellas de neutrones: la primera plantea que estas señales podrían producirse cuando dos estrellas de neutrones chocan y se fusionan. Las estrellas de neutrones son objetos extremadamente densos que pueden quedar como remanentes después de la explosión de ciertas estrellas masivas.

El problema es que, según los modelos científicos, dos estrellas de neutrones que orbitan una alrededor de la otra pueden tardar miles de millones de años en acercarse lo suficiente para fusionarse. Por eso, si las FRB surgieran de estas colisiones, los investigadores esperarían encontrarlas también en galaxias más antiguas, con poblaciones estelares evolucionadas.

• Los magnetares: la segunda hipótesis apunta a los magnetares, un tipo de estrella de neutrones con un campo magnético extraordinariamente intenso. Estos objetos podrían generar FRB mediante procesos relacionados con cambios bruscos en su superficie o su estructura magnética, comparables en ciertos aspectos con los terremotos.

En este escenario, una estrella masiva podría explotar como supernova, dejar un magnetar y producir una ráfaga de radio rápida relativamente poco tiempo después. Esto permitiría explicar la presencia de estas señales en galaxias jóvenes que todavía forman estrellas de manera intensa.

Debido a las características de la galaxia anfitriona de FRB 20240304B, Manisha Caleb, autora principal de la investigación, consideró poco probable que esta señal se originara en la fusión de dos estrellas de neutrones. Aunque el hallazgo no demuestra por sí solo que los magnetares sean responsables de todas las FRB, sí aporta elementos para investigar qué mecanismos pueden producirlas.

Una linterna cósmica para explorar el universo invisible

La importancia de la señal no termina en la galaxia donde se originó. Durante su viaje hasta la Tierra, la ráfaga atravesó enormes regiones del espacio que, a simple vista, parecen vacías, pero que contienen materia y estructuras difíciles de observar directamente.

Los investigadores describen las FRB como una especie de linterna cósmica: al atravesar el universo, su emisión interactúa con el material que encuentra a su paso y deja huellas que los científicos pueden estudiar.

J. Xavier Prochaska, coautor de la investigación, explicó que estas marcas permiten rastrear la llamada red cósmica, una estructura formada por materia y agrupaciones de galaxias que conecta distintas regiones del universo.

En el caso de FRB 20240304B, el equipo identificó indicios de dos estructuras en su recorrido:

• Una corresponde a un cúmulo de galaxias que no se conocía previamente, con un corrimiento al rojo de 0.3, situado a unos 3 mil 500 millones de años luz de la Tierra.
• La otra señal corresponde al cúmulo de Virgo, ubicado a aproximadamente 54 millones de años luz.

Estos datos muestran que las ráfagas de radio rápidas pueden funcionar como herramientas para estudiar no solo los objetos que las producen, sino también la materia que existe entre esos objetos y nuestro planeta.

El James Webb ayudará a buscar señales aún más lejanas

Los astrónomos esperan que los próximos años permitan descubrir más FRB rápidas procedentes de las primeras etapas de la historia cósmica.

El equipo estima que MeerKAT podría detectar y localizar varias señales al año con un corrimiento al rojo superior a 1, lo que permitiría estudiar fenómenos ocurridos cuando el universo era mucho más joven.

La entrada en funcionamiento de nuevos instrumentos podría incrementar el número de detecciones y facilitar la localización de sus galaxias anfitrionas. En este proceso, el James Webb tendrá un papel fundamental al permitir observar galaxias demasiado lejanas y débiles para los telescopios terrestres.

Con información de la NASA