Webb виявив невелику материнську галактику найвіддаленішого з помічених досі швидких радіосплесків

Астрономи за допомогою космічного телескопа James Webb — спільної місії NASA, ESA і CSA — встановили, яка галактика породила FRB 20240304B, який NASA, ESA та Обсерваторія W. M. Keck називають найвіддаленішим із виявлених на сьогодні швидких радіосплесків. Дослідження під керівництвом Manisha Caleb із Сіднейського університету було опубліковано 8 жовтня в журналі Science, ідеться в трьох пресрелізах. Швидкі радіосплески, вперше виявлені у 2007 році, — це радіоспалахи тривалістю лише в мілісекунди, що надходять на Землю з далеких куточків Всесвіту. Більшість із них спостерігають лише один раз і більше ніколи не фіксують, а їхня причина досі невідома.

Команда MeerTRAP зафіксувала сплеск за допомогою південноафриканського радіотелескопа MeerKAT 4 березня 2024 року — звідси і його позначення. Радіодані вказували на дуже велику відстань, але для її підтвердження потрібно було знайти галактику, з якої прийшов сплеск. Хоча положення джерела було відоме точно, великі наземні телескопи нічого там не побачили. За даними Обсерваторії Keck, команда під керівництвом співавтора J. Xavier Prochaska (Каліфорнійський університет у Санта-Крусі) протягом однієї години знімала цю ділянку неба інструментом LRIS на телескопі Keck I і не виявила жодної галактики. За словами Prochaska, команда дійшла висновку, що «якщо ми хотіли знайти джерело, нам треба було вирушити в космос».

Потім камера NIRCam телескопа Webb виявила галактику в місці сплеску, а спектрограф NIRSpec виміряв її червоне зміщення — 2,148, що відносить сплеск до часу лише через 3 млрд років після Великого вибуху. Як повідомляє Keck, вимірювання ґрунтувалося на світлі, випроміненому киснем і азотом. Більшість зафіксованих досі швидких радіосплесків сталися на мільярди років пізніше. Материнська галактика також виявилася незвичайною: галактики, пов'язані з такими сплесками, зазвичай масивні й мають зореутворення, тоді як ця — невелика карликова галактика, приблизно в 1000 разів менш масивна, ніж очікувала команда, хоча в ній активно утворюються зорі. Вона існувала приблизно в епоху космічного полудня, коли зореутворення у Всесвіті досягло піку, а її темп зореутворення дає змогу припустити, що основна частина її зір могла народитися лише за 30 млн років. «Ця материнська галактика вирізняється в усій нашій вибірці галактик», — сказав співавтор Ben Stappers із Манчестерського університету.

Як ідеться в пресрелізах, це важливо для дискусії про те, як виникають сплески. Згідно з одним поясненням, вони виникають під час злиття двох нейтронних зір. Оскільки таким парам, як очікується, потрібні мільярди років, щоб зблизитися по спіралі, сплески такого походження мають траплятися переважно в старіших галактиках з еволюційно розвиненим зоряним населенням. Інше пояснення вказує на магнетар — молоду нейтронну зорю з сильним магнітним полем, що залишається після того, як масивна зоря завершує життя вибухом наднової; він міг би випромінювати сплески, наприклад через зоретруси, без довгого очікування, що розміщувало б їх у молодих галактиках, подібних до цієї. ESA і Keck заявляють, що результат вказує на молоді магнетари як на ймовірну причину. «Наша робота дає змогу припустити, що вкрай малоймовірно, щоб цей FRB був породжений злиттям», — сказала Caleb.

Сплеск також послужив зондом для дослідження простору між його галактикою та Землею, який здається порожнім. Prochaska порівнює швидкий радіосплеск із космічним ліхтариком, сигнал якого несе відбиток усього, крізь що він проходить, що дає астрономам змогу простежувати інакше невидиму речовину космічної павутини. У цьому сигналі команда виявила сліди двох структур: раніше невідомого скупчення галактик приблизно за 3,5 мільярда світлових років від Землі, при червоному зміщенні 0,3, і близького скупчення Діви, віддаленого приблизно на 54 млн світлових років. Дивлячись у майбутнє, дослідники оцінюють, що MeerKAT може виявляти й локалізувати кілька сплесків на рік при червоних зміщеннях понад 1,0, що означає більш ніж половину шляху назад до початку Всесвіту. Вони очікують, що нові радіообсерваторії збільшать цей темп, а Webb стане незамінним для вивчення материнських галактик таких далеких сплесків.