Webb tìm thấy thiên hà chủ nhỏ bé của chớp sóng vô tuyến nhanh xa nhất được quan sát cho đến nay

Các nhà thiên văn sử dụng Kính viễn vọng Không gian James Webb, một sứ mệnh chung của NASA, ESA và CSA, đã xác định được thiên hà tạo ra FRB 20240304B, chớp sóng vô tuyến nhanh mà NASA, ESA và Đài thiên văn W. M. Keck mô tả là xa nhất được tìm thấy cho đến nay. Theo ba thông cáo báo chí, nghiên cứu do Manisha Caleb thuộc Đại học Sydney dẫn đầu đã được công bố ngày 8 tháng 10 trên tạp chí Science. Chớp sóng vô tuyến nhanh, được phát hiện lần đầu năm 2007, là những chớp sóng vô tuyến chỉ kéo dài vài mili giây, đến Trái Đất từ những nơi rất xa trong vũ trụ. Phần lớn chỉ được quan sát một lần và không bao giờ xuất hiện lại, và nguyên nhân gây ra chúng vẫn chưa được biết.

Nhóm MeerTRAP đã ghi nhận chớp sóng này bằng kính viễn vọng vô tuyến MeerKAT ở Nam Phi vào ngày 4 tháng 3 năm 2024, đó cũng là nguồn gốc tên gọi của nó. Dữ liệu vô tuyến gợi ý một khoảng cách rất lớn, nhưng để xác nhận điều đó cần tìm ra thiên hà nơi chớp sóng phát ra. Mặc dù vị trí đã được biết chính xác, các kính viễn vọng lớn trên mặt đất không thấy gì ở đó. Theo Đài thiên văn Keck, một nhóm do đồng tác giả J. Xavier Prochaska (Đại học California, Santa Cruz) dẫn đầu đã dành một giờ chụp ảnh vị trí đó bằng thiết bị LRIS trên kính viễn vọng Keck I và không tìm thấy thiên hà nào. Prochaska cho biết nhóm đã kết luận rằng “nếu muốn tìm ra nguồn phát, chúng tôi phải lên không gian”.

Sau đó, máy ảnh NIRCam của Webb đã phát hiện một thiên hà tại vị trí của chớp sóng, và phổ kế NIRSpec của kính đo được dịch chuyển đỏ của thiên hà này là 2,148, đặt chớp sóng vào thời điểm chỉ 3 tỷ năm sau Vụ Nổ Lớn. Keck cho biết phép đo dựa vào ánh sáng do oxy và nitơ phát ra. Hầu hết các chớp sóng vô tuyến nhanh được ghi nhận cho đến nay xảy ra muộn hơn hàng tỷ năm. Thiên hà chủ cũng hóa ra khác thường: các thiên hà gắn với những chớp sóng như vậy thường có khối lượng lớn và đang hình thành sao, trong khi thiên hà này là một thiên hà lùn nhỏ, có khối lượng nhỏ hơn khoảng 1.000 lần so với dự kiến của nhóm, dù nó đang tích cực hình thành sao. Nó tồn tại vào khoảng thời kỳ “chính ngọ vũ trụ” (cosmic noon), giai đoạn mà quá trình hình thành sao trong vũ trụ đạt đỉnh, và tốc độ hình thành sao của nó cho thấy phần lớn các ngôi sao của nó có thể đã ra đời chỉ trong vòng 30 triệu năm. “Thiên hà chủ này nổi bật trong toàn bộ mẫu thiên hà mà chúng tôi có”, đồng tác giả Ben Stappers thuộc Đại học Manchester cho biết.

Theo các thông cáo, điều này có ý nghĩa đối với cuộc tranh luận về cách các chớp sóng hình thành. Một cách giải thích cho rằng chúng đến từ sự sáp nhập của hai sao neutron. Vì những cặp sao như vậy được cho là cần hàng tỷ năm để xoắn ốc tiến lại gần nhau, các chớp sóng sinh ra theo cách này lẽ ra phải xuất hiện chủ yếu trong những thiên hà già hơn với quần thể sao đã tiến hóa. Một cách giải thích khác hướng đến sao từ (magnetar), một sao neutron trẻ có từ trường rất mạnh, còn lại khi một ngôi sao khối lượng lớn kết thúc cuộc đời dưới dạng siêu tân tinh; nó có thể phát ra chớp sóng, chẳng hạn thông qua các trận động đất sao, mà không cần chờ đợi lâu, điều này sẽ đặt chúng vào những thiên hà trẻ như thiên hà này. ESA và Keck cho biết phát hiện này chỉ ra rằng sao từ trẻ là nguyên nhân có khả năng. “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rất khó có khả năng FRB này được tạo ra bởi một vụ sáp nhập,” Caleb nói.

Chớp sóng này cũng đóng vai trò như một công cụ thăm dò khoảng không gian dường như trống rỗng giữa thiên hà của nó và Trái Đất. Prochaska so sánh chớp sóng vô tuyến nhanh với một chiếc đèn pin vũ trụ có tín hiệu mang theo dấu vết của mọi thứ nó đi qua, cho phép các nhà thiên văn lần theo vật chất vốn vô hình của mạng lưới vũ trụ. Trong tín hiệu này, nhóm nghiên cứu tìm thấy dấu vết của hai cấu trúc: một cụm thiên hà trước đây chưa được biết đến, cách Trái Đất khoảng 3,5 tỷ năm ánh sáng, ở dịch chuyển đỏ 0,3, và Cụm Xử Nữ (Virgo) ở gần, cách khoảng 54 triệu năm ánh sáng. Về tương lai, các nhà nghiên cứu ước tính rằng MeerKAT có thể phát hiện và định vị vài chớp sóng mỗi năm ở dịch chuyển đỏ trên 1,0, nghĩa là hơn nửa chặng đường ngược về thời điểm khởi đầu của vũ trụ. Họ kỳ vọng các cơ sở vô tuyến mới sẽ nâng nhịp độ đó lên và Webb sẽ đóng vai trò thiết yếu trong việc nghiên cứu thiên hà chủ của những chớp sóng xa như vậy.