Webb findet die kleine Wirtsgalaxie des bislang entferntesten schnellen Radioblitzes

Astronominnen und Astronomen haben mit dem James-Webb-Weltraumteleskop, einer gemeinsamen Mission von NASA, ESA und CSA, die Galaxie identifiziert, aus der FRB 20240304B stammt – jener Ausbruch, den NASA, ESA und das W. M. Keck Observatory als den bislang entferntesten gefundenen schnellen Radioblitz beschreiben. Die Studie unter Leitung von Manisha Caleb von der University of Sydney wurde laut den drei Pressemitteilungen am 8. Oktober in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht. Schnelle Radioblitze, erstmals 2007 entdeckt, sind nur Millisekunden dauernde Radioblitze, die die Erde aus großer Ferne im Universum erreichen. Die meisten werden ein einziges Mal beobachtet und nie wieder gesehen, und ihre Ursache ist noch immer unbekannt.

Das MeerTRAP-Team registrierte den Ausbruch am 4. März 2024 mit dem südafrikanischen Radioteleskop MeerKAT, daher rührt auch seine Bezeichnung. Die Radiodaten deuteten auf eine sehr große Entfernung hin, doch um diese zu bestätigen, musste die Galaxie gefunden werden, aus der der Ausbruch kam. Obwohl die Position genau bekannt war, sahen große bodengebundene Teleskope dort nichts. Nach Angaben des Keck Observatory beobachtete ein Team unter Leitung des Mitautors J. Xavier Prochaska (University of California, Santa Cruz) die Stelle eine Stunde lang mit dem Instrument LRIS am Teleskop Keck I und fand keine Galaxie. Prochaska sagte, das Team sei zu dem Schluss gekommen: „Wenn wir die Quelle finden wollten, mussten wir ins All gehen.“

Die Kamera NIRCam von Webb entdeckte daraufhin an der Position des Ausbruchs eine Galaxie, und der Spektrograf NIRSpec bestimmte deren Rotverschiebung zu 2,148, womit der Ausbruch auf nur 3 Milliarden Jahre nach dem Urknall fällt. Laut Keck stützte sich die Messung auf Licht, das von Sauerstoff und Stickstoff ausgesandt wurde. Die meisten bisher registrierten schnellen Radioblitze ereigneten sich Milliarden Jahre später. Auch die Wirtsgalaxie erwies sich als ungewöhnlich: Mit solchen Ausbrüchen verbundene Galaxien sind typischerweise massereich und bilden Sterne, diese hier dagegen ist eine kleine Zwerggalaxie, rund 1000-mal weniger massereich als vom Team erwartet, wenngleich sie aktiv Sterne bildet. Sie existierte um den kosmischen Mittag, die Epoche, in der die Sternentstehung im Universum ihren Höhepunkt erreichte, und ihre Sternentstehungsrate legt nahe, dass der Großteil ihrer Sterne innerhalb von nur 30 Millionen Jahren entstanden sein könnte. „Die Wirtsgalaxie sticht in unserer gesamten Galaxienstichprobe heraus“, sagte Mitautor Ben Stappers von der University of Manchester.

Den Pressemitteilungen zufolge ist das für die Debatte darüber von Bedeutung, wie die Ausbrüche entstehen. Eine Erklärung besagt, dass sie von der Verschmelzung zweier Neutronensterne herrühren. Da man davon ausgeht, dass solche Paare Milliarden Jahre brauchen, um sich spiralförmig einander anzunähern, sollten auf diese Weise entstandene Ausbrüche vor allem in älteren Galaxien mit entwickelten Sternpopulationen auftreten. Eine andere Erklärung verweist auf einen Magnetar, einen jungen, stark magnetisierten Neutronenstern, der zurückbleibt, wenn ein massereicher Stern als Supernova endet; er könnte ohne lange Wartezeit Ausbrüche aussenden, etwa durch Sternbeben, was sie in junge Galaxien wie diese verorten würde. ESA und Keck zufolge deutet der Befund darauf hin, dass junge Magnetare die wahrscheinliche Ursache sind. „Unsere Arbeit legt nahe, dass es sehr unwahrscheinlich ist, dass dieser FRB durch eine Verschmelzung erzeugt wurde“, sagte Caleb.

Der Ausbruch diente zudem als Sonde für den scheinbar leeren Raum zwischen seiner Galaxie und der Erde. Prochaska vergleicht einen schnellen Radioblitz mit einer kosmischen Taschenlampe, deren Signal eine Aufzeichnung von allem trägt, was es durchquert; so können Astronomen die sonst unsichtbare Materie des kosmischen Netzes nachzeichnen. In diesem Signal fand das Team Spuren zweier Strukturen: eines bisher unbekannten Galaxienhaufens in etwa 3,5 Milliarden Lichtjahren Entfernung von der Erde, bei einer Rotverschiebung von 0,3, und des nahen Virgo-Haufens in rund 54 Millionen Lichtjahren Entfernung. Mit Blick auf die Zukunft schätzen die Forschenden, dass MeerKAT pro Jahr mehrere Ausbrüche bei Rotverschiebungen über 1,0 entdecken und lokalisieren könnte, was mehr als der Hälfte des Weges zurück zum Anfang des Universums entspricht. Sie erwarten, dass neue Radioeinrichtungen dieses Tempo erhöhen und Webb für die Untersuchung der Wirtsgalaxien solch ferner Ausbrüche unverzichtbar sein wird.