Webb کهکشان میزبان کوچکِ دورترین انفجار رادیویی سریعی را که تاکنون دیده شده پیدا کرد

اخترشناسانی که با تلسکوپ فضایی جیمز Webb، مأموریت مشترک NASA، ESA و CSA، کار می‌کنند، کهکشانی را شناسایی کرده‌اند که FRB 20240304B را پدید آورده است؛ انفجاری که NASA، ESA و رصدخانه W. M. Keck آن را دورترین انفجار رادیویی سریعی توصیف می‌کنند که تاکنون یافت شده است. به گفته سه بیانیه مطبوعاتی، این پژوهش به سرپرستی Manisha Caleb از دانشگاه سیدنی در 8 اکتبر در مجله Science منتشر شد. انفجارهای رادیویی سریع که نخستین بار در سال 2007 کشف شدند، درخش‌های رادیویی‌ای هستند که تنها چند میلی‌ثانیه طول می‌کشند و از فواصل بسیار دور کیهان به زمین می‌رسند. بیشتر آن‌ها تنها یک بار مشاهده می‌شوند و دیگر هرگز دیده نمی‌شوند و علت پیدایش آن‌ها هنوز ناشناخته است.

تیم MeerTRAP این انفجار را در 4 مارس 2024 با تلسکوپ رادیویی MeerKAT در آفریقای جنوبی ثبت کرد و نام‌گذاری آن نیز از همین تاریخ می‌آید. داده‌های رادیویی از فاصله‌ای بسیار زیاد حکایت داشت، اما تأیید آن مستلزم یافتن کهکشانی بود که انفجار از آن سرچشمه گرفته بود. با آنکه موقعیت انفجار به‌دقت معلوم بود، تلسکوپ‌های بزرگ زمینی چیزی در آنجا ندیدند. به گفته رصدخانه Keck، تیمی به سرپرستی J. Xavier Prochaska (دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز)، از نویسندگان همکار این پژوهش، یک ساعت با ابزار LRIS روی تلسکوپ Keck I از آن نقطه تصویربرداری کرد و هیچ کهکشانی نیافت. Prochaska گفت تیم به این نتیجه رسید که «اگر می‌خواستیم منبع را پیدا کنیم، باید به فضا می‌رفتیم».

سپس دوربین NIRCam تلسکوپ Webb کهکشانی را در موقعیت انفجار آشکار کرد و طیف‌نگار NIRSpec آن، انتقال به سرخ این کهکشان را 2.148 اندازه گرفت؛ مقداری که انفجار را تنها 3 میلیارد سال پس از مه‌بانگ قرار می‌دهد. به گفته Keck، این اندازه‌گیری بر نور گسیل‌شده از اکسیژن و نیتروژن تکیه داشت. بیشتر انفجارهای رادیویی سریعی که تاکنون ثبت شده‌اند، میلیاردها سال بعد رخ داده‌اند. کهکشان میزبان نیز غیرعادی از آب درآمد: کهکشان‌هایی که با چنین انفجارهایی مرتبط‌اند معمولاً پرجرم و ستاره‌ساز هستند، حال آنکه این یکی کهکشان کوتوله کوچکی است که جرمش حدود 1000 برابر کمتر از انتظار تیم است، هرچند به‌طور فعال ستاره می‌سازد. این کهکشان در حوالی نیم‌روز کیهانی وجود داشت، دورانی که ستاره‌زایی در کیهان به اوج خود رسید، و نرخ ستاره‌زایی آن نشان می‌دهد که بخش عمده ستارگانش ممکن است تنها در طول 30 میلیون سال زاده شده باشند. Ben Stappers از دانشگاه منچستر، از نویسندگان همکار، گفت: «این میزبان در کل نمونه کهکشان‌هایی که در اختیار داریم متمایز است».

به گفته این بیانیه‌ها، این یافته برای بحث درباره چگونگی پیدایش این انفجارها اهمیت دارد. یک توضیح این است که آن‌ها از ادغام دو ستاره نوترونی ناشی می‌شوند. از آنجا که انتظار می‌رود چنین جفت‌هایی برای نزدیک شدن مارپیچی به یکدیگر به میلیاردها سال زمان نیاز داشته باشند، انفجارهایی که به این شیوه پدید می‌آیند باید عمدتاً در کهکشان‌های پیرتر با جمعیت‌های ستاره‌ای تکامل‌یافته دیده شوند. توضیح دیگر به یک مگنتار اشاره دارد، یعنی ستاره نوترونی جوان و به‌شدت مغناطیده‌ای که هنگام پایان عمر یک ستاره پرجرم در قالب ابرنواختر بر جای می‌ماند؛ چنین جرمی می‌تواند بدون انتظاری طولانی، برای نمونه از طریق ستاره‌لرزه‌ها، انفجار گسیل کند و این امر چنین انفجارهایی را در کهکشان‌های جوانی مانند همین کهکشان قرار می‌دهد. ESA و Keck می‌گویند این یافته نشان می‌دهد که مگنتارهای جوان علت محتمل هستند. Caleb گفت: «کار ما نشان می‌دهد که بسیار بعید است این FRB حاصل یک ادغام بوده باشد».

این انفجار همچنین به‌عنوان کاوشگری برای بررسی فضای ظاهراً خالی میان کهکشان میزبانش و زمین به کار آمد. Prochaska انفجار رادیویی سریع را به چراغ‌قوه‌ای کیهانی تشبیه می‌کند که سیگنالش سابقه‌ای از هر آنچه از میانش عبور کرده با خود دارد، و این امکان را به اخترشناسان می‌دهد که ماده تار کیهانی را که در غیر این صورت نامرئی است ردیابی کنند. تیم در این سیگنال ردپای دو ساختار را یافت: یک خوشه کهکشانی که پیش‌تر ناشناخته بود، در فاصله حدود 3.5 میلیارد سال نوری از زمین و در انتقال به سرخ 0.3، و خوشه نزدیکِ سنبله در فاصله حدود 54 میلیون سال نوری. پژوهشگران با نگاه به آینده برآورد می‌کنند که MeerKAT ممکن است سالانه چندین انفجار را در انتقال به سرخ‌های بالاتر از 1.0 آشکار و مکان‌یابی کند، یعنی بیش از نیمه راه بازگشت به آغاز کیهان. آنان انتظار دارند که تأسیسات رادیویی جدید این آهنگ را افزایش دهند و Webb برای مطالعه کهکشان‌های میزبان چنین انفجارهای دوردستی ضروری باشد.