Webb znajduje niewielką galaktykę macierzystą najodleglejszego dotąd zaobserwowanego szybkiego błysku radiowego

Astronomowie korzystający z Kosmicznego Teleskopu James Webb, wspólnej misji NASA, ESA i CSA, zidentyfikowali galaktykę, w której powstał FRB 20240304B, który NASA, ESA i Obserwatorium W. M. Keck opisują jako najodleglejszy odkryty dotąd szybki błysk radiowy. Według trzech komunikatów prasowych badania, którymi kierowała Manisha Caleb z Uniwersytetu w Sydney, ukazały się 8 października w czasopiśmie Science. Szybkie błyski radiowe, odkryte po raz pierwszy w 2007 roku, to trwające zaledwie milisekundy rozbłyski radiowe, które docierają do Ziemi z odległych zakątków Wszechświata. Większość z nich obserwuje się tylko raz i nigdy więcej, a ich przyczyna wciąż pozostaje nieznana.

Zespół MeerTRAP zarejestrował błysk za pomocą południowoafrykańskiego radioteleskopu MeerKAT 4 marca 2024 roku i stąd pochodzi jego oznaczenie. Dane radiowe wskazywały na bardzo dużą odległość, ale jej potwierdzenie wymagało znalezienia galaktyki, z której pochodził błysk. Choć pozycja była dokładnie znana, duże teleskopy naziemne niczego tam nie dostrzegły. Według Obserwatorium Keck zespół, którym kierował współautor J. Xavier Prochaska (Uniwersytet Kalifornijski w Santa Cruz), przez godzinę obrazował to miejsce instrumentem LRIS na teleskopie Keck I i nie znalazł żadnej galaktyki. Prochaska powiedział, że zespół doszedł do wniosku, iż „jeśli chcieliśmy znaleźć źródło, musieliśmy sięgnąć w kosmos”.

Następnie kamera NIRCam teleskopu Webb wykryła galaktykę w miejscu błysku, a jego spektrograf NIRSpec zmierzył przesunięcie ku czerwieni tej galaktyki na 2,148, co umieszcza błysk zaledwie 3 miliardy lat po Wielkim Wybuchu. Według Obserwatorium Keck pomiar opierał się na świetle emitowanym przez tlen i azot. Większość zarejestrowanych dotąd szybkich błysków radiowych nastąpiła miliardy lat później. Również galaktyka macierzysta okazała się nietypowa: galaktyki powiązane z takimi błyskami są zwykle masywne i formują gwiazdy, tymczasem ta jest niewielką galaktyką karłowatą o masie około 1000 razy mniejszej, niż oczekiwał zespół, choć aktywnie formują się w niej gwiazdy. Istniała w okresie kosmicznego południa, czyli epoki, w której formowanie się gwiazd we Wszechświecie osiągnęło szczyt, a tempo formowania się w niej gwiazd sugeruje, że większość jej gwiazd mogła powstać w ciągu zaledwie 30 milionów lat. „Ta galaktyka macierzysta wyróżnia się na tle całej próbki galaktyk, którą mamy”, powiedział współautor Ben Stappers z Uniwersytetu w Manchesterze.

Jak podają komunikaty, ma to znaczenie dla debaty o tym, jak powstają te błyski. Według jednego z wyjaśnień pochodzą one ze zlania się dwóch gwiazd neutronowych. Ponieważ takie pary według oczekiwań potrzebują miliardów lat, by po spirali zbliżyć się do siebie, powstałe w ten sposób błyski powinny pojawiać się głównie w starszych galaktykach z rozwiniętymi populacjami gwiazd. Inne wyjaśnienie wskazuje na magnetara – młodą, silnie namagnesowaną gwiazdę neutronową, która pozostaje po tym, jak masywna gwiazda kończy życie jako supernowa; mógłby on emitować błyski, na przykład w wyniku trzęsień gwiazdy, bez długiego oczekiwania, co umieszczałoby je w młodych galaktykach takich jak ta. ESA i Obserwatorium Keck podają, że odkrycie wskazuje na młode magnetary jako prawdopodobną przyczynę. „Nasza praca sugeruje, że jest bardzo mało prawdopodobne, by ten FRB powstał w wyniku fuzji”, powiedziała Caleb.

Błysk posłużył też jako sonda pozornie pustej przestrzeni między jego galaktyką a Ziemią. Prochaska porównuje szybki błysk radiowy do kosmicznej latarki, której sygnał niesie zapis wszystkiego, przez co przechodzi, dzięki czemu astronomowie mogą śledzić niewidoczną w inny sposób materię kosmicznej sieci. W tym sygnale zespół znalazł ślady dwóch struktur: nieznanej wcześniej gromady galaktyk odległej o około 3,5 miliarda lat świetlnych od Ziemi, przy przesunięciu ku czerwieni 0,3, oraz pobliskiej Gromady w Pannie, oddalonej o około 54 miliony lat świetlnych. Patrząc w przyszłość, badacze szacują, że MeerKAT może wykrywać i lokalizować kilka błysków rocznie przy przesunięciach ku czerwieni powyżej 1,0, co oznacza ponad połowę drogi wstecz do początku Wszechświata. Oczekują, że nowe instrumenty radiowe zwiększą to tempo, a Webb będzie niezbędny do badania galaktyk macierzystych tak odległych błysków.