Webb发现迄今所见最遥远快速射电暴的小型宿主星系

天文学家利用詹姆斯·Webb空间望远镜（NASA、ESA与CSA的联合任务）确认了产生FRB 20240304B的星系；NASA、ESA和W. M. Keck天文台称，这是迄今发现的最遥远的快速射电暴。据三份新闻稿介绍，这项由悉尼大学Manisha Caleb领导的研究于10月8日发表在《Science》期刊上。快速射电暴于2007年首次被发现，是仅持续数毫秒、从宇宙遥远处抵达地球的射电闪光。大多数快速射电暴只被观测到一次，此后再未出现，其成因至今仍不清楚。

MeerTRAP团队于2024年3月4日利用南非的MeerKAT射电望远镜捕捉到这次暴发，其编号即由此而来。射电数据暗示其距离非常遥远，但要证实这一点，就必须找到暴发所来自的星系。尽管其位置已被精确测定，大型地面望远镜在那里却什么也没看到。据Keck天文台介绍，由合著者J. Xavier Prochaska（加州大学圣克鲁兹分校）领导的团队用Keck I望远镜上的LRIS仪器对该位置进行了一小时成像，但没有发现任何星系。Prochaska说，团队得出的结论是：“如果我们想找到这个源，就必须去太空。”

随后，Webb的NIRCam相机在暴发位置探测到一个星系，其NIRSpec摄谱仪测得该星系的红移为2.148，从而将这次暴发置于大爆炸后仅30亿年。Keck表示，这一测量依靠的是氧和氮发出的光。迄今记录到的大多数快速射电暴发生在数十亿年之后。宿主星系本身也颇为不寻常：与此类暴发相关的星系通常质量大且正在形成恒星，而这个星系却是一个小型矮星系，质量比团队预期的小约1000倍，不过它正在活跃地形成恒星。它存在于“宇宙正午”前后，即宇宙中恒星形成达到顶峰的时期；其恒星形成速率表明，它的大部分恒星可能是在短短3000万年内诞生的。曼彻斯特大学的合著者Ben Stappers说：“在我们拥有的整个星系样本中，这个宿主星系都显得格外突出。”

新闻稿称，这对于有关此类暴发如何产生的争论具有重要意义。一种解释认为，它们来自两颗中子星的并合。由于这样的双星预计需要数十亿年才能旋近并合，以这种方式产生的暴发应主要出现在拥有演化后恒星族群的较老星系中。另一种解释则指向磁星——一种年轻且磁性极强的中子星，是大质量恒星以超新星形式终结后留下的遗骸；它可以无需长时间等待就发出暴发，例如通过星震，这会使暴发出现在像这样的年轻星系中。ESA和Keck表示，这一发现表明年轻磁星很可能是其成因。Caleb说：“我们的研究表明，这次FRB极不可能是由并合产生的。”

这次暴发还充当了一种探针，用来探测其所在星系与地球之间看似空无一物的空间。Prochaska将快速射电暴比作一支宇宙手电筒，其信号记录了它所穿过的一切，这让天文学家得以追踪宇宙网中原本不可见的物质。团队在这一信号中发现了两个结构的痕迹：一个此前未知的星系团，距地球约35亿光年，红移为0.3；以及邻近的室女座星系团，距离约5400万光年。展望未来，研究人员估计，MeerKAT每年可能探测并定位数个红移高于1.0的暴发，这意味着回溯到宇宙开端一半以上的路程。他们预计，新的射电设施将提高这一速度，而Webb对于研究这类遥远暴发的宿主星系将不可或缺。