Webb vindt het kleine moederstelsel van de verste snelle radioflits die tot nu toe is waargenomen

Astronomen die gebruikmaken van de James Webb-ruimtetelescoop, een gezamenlijke missie van NASA, ESA en CSA, hebben het sterrenstelsel geïdentificeerd waaruit FRB 20240304B afkomstig is, die NASA, ESA en het W. M. Keck-observatorium omschrijven als de verste snelle radioflits die tot nu toe is gevonden. Het onderzoek, geleid door Manisha Caleb van de Universiteit van Sydney, is volgens de drie persberichten op 8 oktober gepubliceerd in het tijdschrift Science. Snelle radioflitsen, voor het eerst ontdekt in 2007, zijn radiopulsen die slechts milliseconden duren en de aarde bereiken vanuit verre uithoeken van het heelal. De meeste worden één keer waargenomen en daarna nooit meer, en wat ze veroorzaakt is nog altijd onbekend.

Het MeerTRAP-team ving de flits op 4 maart 2024 op met de Zuid-Afrikaanse radiotelescoop MeerKAT; daar komt ook de aanduiding vandaan. De radiogegevens wezen op een zeer grote afstand, maar om die te bevestigen moest het sterrenstelsel worden gevonden waar de flits vandaan kwam. Hoewel de positie nauwkeurig bekend was, zagen grote telescopen op aarde daar niets. Volgens het Keck-observatorium heeft een team onder leiding van coauteur J. Xavier Prochaska (University of California, Santa Cruz) de plek een uur lang in beeld gebracht met het LRIS-instrument van de Keck I-telescoop, zonder een sterrenstelsel te vinden. Prochaska zei dat het team concludeerde dat „als we de bron wilden vinden, we de ruimte in moesten”.

Vervolgens detecteerde de NIRCam-camera van Webb een sterrenstelsel op de positie van de flits, en de NIRSpec-spectrograaf van Webb mat de roodverschuiving van dat stelsel op 2,148, waarmee de flits slechts 3 miljard jaar na de oerknal plaatsvond. Volgens Keck berustte de meting op licht dat werd uitgezonden door zuurstof en stikstof. De meeste snelle radioflitsen die tot nu toe zijn geregistreerd, vonden miljarden jaren later plaats. Ook het moederstelsel bleek ongewoon: sterrenstelsels die met zulke flitsen in verband worden gebracht, zijn doorgaans massief en vormen sterren, terwijl dit een klein dwergstelsel is met ongeveer 1000 keer minder massa dan het team verwachtte, al vormt het wel actief sterren. Het bestond rond de kosmische middag, het tijdperk waarin de stervorming in het heelal piekte, en de snelheid van stervorming suggereert dat het grootste deel van zijn sterren binnen slechts 30 miljoen jaar zou kunnen zijn ontstaan. „Het moederstelsel springt eruit in de hele steekproef van sterrenstelsels die we hebben”, zei coauteur Ben Stappers van de Universiteit van Manchester.

Volgens de persberichten is dit van belang voor het debat over hoe de flitsen ontstaan. Volgens één verklaring komen ze voort uit de samensmelting van twee neutronensterren. Omdat zulke paren naar verwachting miljarden jaren nodig hebben om naar elkaar toe te spiralen, zouden flitsen die op deze manier ontstaan vooral moeten opduiken in oudere sterrenstelsels met geëvolueerde sterpopulaties. Een andere verklaring wijst op een magnetar, een jonge en sterk gemagnetiseerde neutronenster die achterblijft wanneer een zware ster eindigt als supernova; die zou flitsen kunnen uitzenden, bijvoorbeeld door sterbevingen, zonder lange wachttijd, wat ze in jonge sterrenstelsels zoals dit zou plaatsen. ESA en Keck stellen dat de vondst erop wijst dat jonge magnetars de waarschijnlijke oorzaak zijn. „Ons werk suggereert dat het zeer onwaarschijnlijk is dat deze FRB door een samensmelting is veroorzaakt”, zei Caleb.

De flits diende ook als sonde voor de ogenschijnlijk lege ruimte tussen zijn sterrenstelsel en de aarde. Prochaska vergelijkt een snelle radioflits met een kosmische zaklamp waarvan het signaal een verslag bevat van alles waar het doorheen gaat, waardoor astronomen de verder onzichtbare materie van het kosmische web kunnen traceren. In dit signaal vond het team sporen van twee structuren: een tot nu toe onbekende cluster van sterrenstelsels op ongeveer 3,5 miljard lichtjaar van de aarde, bij een roodverschuiving van 0,3, en de nabije Virgocluster, op ongeveer 54 miljoen lichtjaar afstand. Vooruitkijkend schatten de onderzoekers dat MeerKAT per jaar mogelijk meerdere flitsen kan detecteren en lokaliseren bij roodverschuivingen boven 1,0, wat neerkomt op meer dan halverwege terug naar het begin van het heelal. Zij verwachten dat nieuwe radiofaciliteiten dat tempo zullen verhogen en dat Webb onmisbaar zal zijn voor het onderzoek naar de moederstelsels van zulke verre flitsen.