Najodleglejszy szybki błysk radiowy pochodzi z małej, młodej galaktyki

Trwał ułamek sekundy, a jego sygnał wędrował do nas ponad 10 miliardów lat. Astronomowie ustalili, skąd pochodzi najodleglejszy znany szybki błysk radiowy, i okazało się, że jego źródło leży w zupełnie innej galaktyce, niż się spodziewano. Wyniki opublikowano 8 października w czasopiśmie Science.

Galaktyka macierzysta błysku FRB 20240304B na zdjęciu kamery NIRCam Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Biały krzyżyk wskazuje miejsce błysku. To aktywnie tworząca gwiazdy galaktyka karłowata z czasów, gdy Wszechświat miał około 3 mld lat.
*Fot. NASA, ESA, CSA, STScI, T. Nanayakkara (USYD); opracowanie: J. DePasquale (STScI)*

Zagadka milisekundowych rozbłysków

Szybkie błyski radiowe (ang. fast radio bursts, FRB) to wybuchy fal radiowych trwające zaledwie milisekundy. Pierwszy zauważono w 2007 roku, dziś znamy ich tysiące, lecz ich natura wciąż pozostaje niejasna. Większość widziano tylko raz, co utrudnia ich badanie.

Na razie konkurują dwa wyjaśnienia. Według pierwszego błysk powstaje przy zderzeniu dwóch gwiazd neutronowych. Według drugiego to dzieło magnetara, czyli młodej gwiazdy neutronowej o skrajnie silnym polu magnetycznym, która może wysyłać impulsy podczas czegoś w rodzaju trzęsienia gwiazdy. Scenariusze różni czas: zbliżanie się gwiazd neutronowych trwa miliardy lat, a magnetar powstaje po wybuchu supernowej i może błyskać stosunkowo szybko. Dlatego tak ważne jest, w jakiej galaktyce zdarzył się błysk: starej czy młodej.

Błysk z RPA, adres od Webba

Błysk oznaczony FRB 20240304B zarejestrował 4 marca 2024 roku zespół MeerTRAP za pomocą radioteleskopu MeerKAT w Republice Południowej Afryki. Fale radiowe o niższych częstotliwościach docierają później niż te o wyższych, a różnica rośnie wraz z ilością gazu napotkanego po drodze. Ta dyspersja działa jak odcisk przebytej trasy. Tutaj była tak duża, że wskazywała na bardzo odległe źródło.

Położenie błysku wyznaczono bardzo dokładnie, ale największe teleskopy naziemne nie widziały w tym miejscu żadnej galaktyki. Astronomowie sięgnęli więc po Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Jego kamera NIRCam wykryła galaktykę w wyznaczonym miejscu, a spektrograf NIRSpec zmierzył jej przesunięcie ku czerwieni: z = 2,148. Oznacza to, że błysk powstał zaledwie 3 miliardy lat po Wielkim Wybuchu, a jego odległość ponad dwukrotnie przekracza dystans poprzedniego rekordzisty. Wstępne wyniki zespół przedstawił już w 2025 roku, recenzowana publikacja ukazała się dopiero teraz.

Zaskakująca galaktyka macierzysta

Większość znanych galaktyk macierzystych FRB to masywne galaktyki gwiazdotwórcze. Tym razem było inaczej: gospodarzem okazała się aktywnie tworząca gwiazdy galaktyka karłowata, około 1000 razy mniej masywna, niż oczekiwano. Manisha Caleb z Uniwersytetu w Sydney, główna autorka pracy, przyznaje, że zespół spodziewał się dużej, regularnej galaktyki.

Z tempa powstawania gwiazd wynika, że większość z nich mogła powstać w ciągu zaledwie 30 milionów lat. Galaktyka istniała w okresie zwanym kosmicznym południem (ang. cosmic noon), gdy Wszechświat tworzył gwiazdy najszybciej. Tak młoda populacja lepiej pasuje do scenariusza z magnetarem niż do zderzenia gwiazd neutronowych, które powinno zachodzić w starszych galaktykach. Zdaniem Caleb jest bardzo mało prawdopodobne, by ten błysk wywołało zderzenie gwiazd neutronowych. Warto jednak pamiętać, że to wniosek z jednego obiektu: wskazuje trop, ale nie rozstrzyga o naturze wszystkich FRB.

Latarka oświetlająca kosmiczną sieć

Błysk posłużył też jako sonda materii, przez którą przechodził. Jak ujął to współautor badania J. Xavier Prochaska z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz, jest niemal jak kosmiczna latarka: oświetla wszystko na swojej drodze i niesie ślad napotkanej materii. Dzięki temu pozwala badać kosmiczną sieć, czyli rozległe struktury materii, niewidoczne w inny sposób. W sygnale odnaleziono ślady dwóch struktur: dotąd nieznanej gromady galaktyk przy z = 0,3, około 3,5 miliarda lat świetlnych od nas, oraz Gromady w Pannie, oddalonej o około 54 miliony lat świetlnych. Gaz między galaktykami jest tak rozrzedzony i gorący, że trudno go obserwować bezpośrednio, dlatego takie prześwietlenie jest cenne.

Co dalej

Zespół szacuje, że MeerKAT może wykrywać i lokalizować kilka błysków rocznie przy z większym niż 1, czyli z czasów, gdy Wszechświat nie miał jeszcze połowy swojego obecnego wieku. Do opisu tak odległych galaktyk macierzystych niezbędny będzie Webb, a wraz z uruchamianiem nowych radioteleskopów liczba takich odkryć może rosnąć. Dopiero kolejne błyski pokażą, czy małe, młode galaktyki są dla FRB regułą, czy wyjątkiem.

Źródła

Główne: