Trwał zaledwie ułamek sekundy, ale jego sygnał przemierzał Wszechświat przez ponad 10 miliardów lat. FRB 20240304B jest najdalszym znanym szybkim błyskiem radiowym, a Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba pozwolił wreszcie ustalić, z jakiej galaktyki pochodził.
Sam błysk wykrył w marcu 2024 roku radioteleskop MeerKAT. Problem pojawił się później: w miejscu wskazanym przez obserwacje radiowe największe teleskopy naziemne nie potrafiły dostrzec galaktyki. Dopiero Webb zobaczył bardzo słaby obiekt i zmierzył jego odległość. Wynik prowadzi do Wszechświata mającego zaledwie około 3 miliardów lat.
Najważniejsze informacje w skrócie:
- FRB 20240304B wykryto 4 marca 2024 roku
- jest najdalszym znanym szybkim błyskiem radiowym
- Webb zmierzył przesunięcie ku czerwieni galaktyki na z = 2,148
- błysk wydarzył się około 3 miliardów lat po Wielkim Wybuchu
- jego galaktyka macierzysta jest niewielką galaktyką karłowatą
- obiekt jest około 1000 razy mniej masywny, niż astronomowie spodziewali się po typowym gospodarzu FRB
- wynik wzmacnia scenariusz, w którym przynajmniej część takich błysków powstaje przy magnetarach
Błysk trwał milisekundy. Znalezienie jego galaktyki zajęło znacznie więcej pracy
Szybkie błyski radiowe, czyli FRB, są ekstremalnie krótkimi impulsami promieniowania radiowego docierającymi do Ziemi z odległego Wszechświata. Zwykle trwają zaledwie kilka milisekund, a wiele z nich obserwujemy tylko raz. To mocno utrudnia ustalenie, jaki obiekt odpowiada za emisję i gdzie dokładnie znajduje się jej źródło.
FRB 20240304B został wykryty przez zespół MeerTRAP korzystający z radioteleskopu MeerKAT. Dane pozwoliły bardzo dokładnie określić jego pozycję i od razu sugerowały wyjątkowo dużą odległość. Problem w tym, że w wyznaczonym miejscu nie było widać żadnej galaktyki, mimo obserwacji prowadzonych największymi teleskopami naziemnymi. Astronomowie potrzebowali więc instrumentu zdolnego zajrzeć znacznie głębiej. Tutaj do pracy wszedł James Webb.
Webb zobaczył galaktykę, której nie widziały teleskopy naziemne
Kamera NIRCam znalazła w odpowiednim miejscu bardzo słabą galaktykę, a spektrograf NIRSpec pozwolił zmierzyć jej przesunięcie ku czerwieni. Wynik z = 2,148 potwierdził, że FRB 20240304B jest rekordzistą pod względem odległości. Obserwujemy jego galaktykę w stanie, w jakim znajdowała się około 3 miliardów lat po Wielkim Wybuchu.
To dobry przykład możliwości teleskopu, który został zaprojektowany właśnie do obserwowania bardzo słabych i odległych obiektów w podczerwieni. O tym, dlaczego Webb potrafi zaglądać tak daleko i jak działają jego instrumenty, pisaliśmy szerzej w materiale o Kosmicznym Teleskopie Jamesa Webba. W tym przypadku jego zadaniem nie było wykrycie samego impulsu radiowego, lecz znalezienie i zbadanie galaktyki, z której sygnał rozpoczął podróż.
Astronomowie spodziewali się dużej galaktyki. Znaleźli karła
Galaktyka macierzysta FRB 20240304B okazała się znacznie ciekawsza, niż sugerował sam rekord odległości. Większość znanych FRB pochodzi z dużych galaktyk, w których intensywnie powstają gwiazdy. Tymczasem Webb pokazał niewielką galaktykę karłowatą, około 1000 razy mniej masywną, niż spodziewali się badacze. Mimo małych rozmiarów również zachodzi w niej intensywne formowanie nowych gwiazd.
Jej wiek ma tutaj szczególne znaczenie. Obiekt istniał w okresie określanym jako „kosmiczne południe”, gdy tempo powstawania nowych gwiazd we Wszechświecie było bardzo wysokie. Analiza wskazuje nawet, że większość gwiazd tej galaktyki mogła powstać w ciągu zaledwie około 30 milionów lat. Oznacza to młode, bardzo aktywne środowisko, które pomaga ograniczyć listę obiektów mogących odpowiadać za szybkie błyski radiowe.
Magnetar zamiast zderzenia dwóch gwiazd neutronowych?
Jedna z hipotez zakłada, że FRB mogą powstawać podczas łączenia się dwóch gwiazd neutronowych. Taki układ potrzebuje jednak zwykle bardzo dużo czasu, zanim oba obiekty utracą wystarczająco dużo energii i ostatecznie się zderzą. Gdyby właśnie ten mechanizm odpowiadał za FRB 20240304B, bardziej naturalnym miejscem byłaby starsza galaktyka z dojrzałą populacją gwiazd.
Młoda galaktyka znaleziona przez Webba znacznie lepiej pasuje do drugiego scenariusza. Chodzi o magnetar, czyli młodą gwiazdę neutronową z ekstremalnie silnym polem magnetycznym, powstałą po wybuchu masywnej gwiazdy. Taki obiekt może pojawić się stosunkowo szybko po narodzinach gwiazd, więc nie potrzebuje miliardów lat oczekiwania. Autorzy badania podkreślają, że w przypadku tego konkretnego FRB wariant ze zderzeniem dwóch gwiazd neutronowych jest mało prawdopodobny. Nie rozwiązuje to całej zagadki FRB, ale mocno zawęża pole poszukiwań.
Może Cię zainteresować: Ta eksplozja wydarzyła się 845 lat temu. Astronomowie nadal nie wiedzą dokładnie, co ją spowodowało
Jeden krótki impuls zdradził także to, co znajdowało się po drodze
FRB są przydatne nie tylko do badania obiektów, które je wytwarzają. Sygnał radiowy podczas podróży przez miliardy lat przechodzi przez gaz i rozległe struktury pomiędzy galaktykami. Materia po drodze pozostawia na nim charakterystyczny ślad, dzięki czemu astronomowie mogą wykorzystać szybkie błyski radiowe jako sondy ogromnych obszarów Wszechświata.
W przypadku FRB 20240304B udało się w ten sposób zidentyfikować wpływ dwóch struktur znajdujących się pomiędzy źródłem a Ziemią. Jedną z nich był wcześniej nieznany gromada galaktyk o przesunięciu ku czerwieni około 0,3, leżąca mniej więcej 3,5 miliarda lat świetlnych od nas. Drugi ślad pochodził od znacznie bliższej Gromady w Pannie, oddalonej o około 54 miliony lat świetlnych. Rekordowy FRB daje więc astronomom jednocześnie informację o swoim źródle i o materii, przez którą przebył drogę do Ziemi.
Rekord może długo nie przetrwać
MeerKAT powinien w kolejnych latach znajdować więcej bardzo odległych FRB, a nowe radioteleskopy jeszcze zwiększą tempo takich odkryć. Zespół szacuje, że sam MeerKAT może lokalizować kilka błysków rocznie pochodzących z obiektów o przesunięciu ku czerwieni większym niż 1. Dla astronomów zaczyna się więc etap, w którym pojedyncze rekordy mogą szybko zamienić się w większą próbkę statystyczną.
Webb będzie w tym układzie pełnił inną rolę niż radioteleskopy. To one wykryją krótkie impulsy i określą ich pozycje, natomiast JWST może później odnaleźć bardzo słabe galaktyki macierzyste i zbadać ich właściwości. Im więcej takich obiektów uda się zestawić ze znanymi FRB, tym łatwiej będzie sprawdzić, czy za większością błysków rzeczywiście stoją młode magnetary, czy natura korzysta z kilku różnych mechanizmów.
Źródło: NASA.
Dziękujemy za przeczytanie artykułu na Techoteka.pl.
Codziennie publikujemy najważniejsze informacje z Polski i ze świata dotyczące technologii, sztucznej inteligencji, nowych rozwiązań cyfrowych oraz trendów technologicznych, które kształtują przyszłość.
Obserwuj nas na Facebooku, aby być na bieżąco z najważniejszymi wydarzeniami ze świata technologii.
