Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» помог астрономам обнаружить родительскую галактику рекордно далекого быстрого радиовсплеска FRB 20240304B, зафиксированного радиотелескопом MeerKAT. Это оказалась молодая звездообразующая карликовая галактика, излучение от которой шло до Земли более десяти миллиардов лет. Параметры галактики вписываются в идею о том, что, по крайней мере, часть подобных всплесков связана с молодыми магнитарами. Препринт работы доступен на сайте arXiv.org.
Быстрые радиовсплески — одна из нерешенных загадок современной астрофизики. С момента своего обнаружения в 2007 году эти миллисекундные и очень яркие импульсы когерентного радиоизлучения, видимые на внегалактических расстояниях, остаются предметом бурного обсуждения, так как нет единой теории их генерации. Однако с момента регистрации первого быстрого радиовсплеска в пределах Млечного Пути стали преобладать гипотезы, по которым за всплески отвечают процессы, протекающие внутри магнитосферы намагниченных нейтронных звезд.
Чтобы более точно проверить теории формирования быстрых радиовсплесков, астрономы активно ищут галактики, в которых они возникли, хотя это достаточно непростая задача. В случае очень далеких родительских галактик всплесков можно параллельно заниматься и другой важной задачей — изучать распределение ионизированного вещества и содержание барионной материи в крупномасштабной структуре Вселенной. Это происходит из-за того, что радиоизлучение на пути к Земле проходит сквозь межгалактическую среду, что отразится на параметрах всплеска.
Группа астрономов во главе с Манишей Калеб (Manisha Caleb) из Сиднейского университета сообщила о регистрации рекордно далекого на сегодня быстрого радиовсплеска FRB 20240304B и его родительской галактики. Первоначально всплеск был зафиксирован наземным радиотелескопом MeerKAT 4 марта 2024 года, затем за зоной, откуда он пришел, наблюдали в оптическом и инфракрасном диапазоне наземные обсерватории MMT и Кека, а также космический телескоп «Джеймс Уэбб». В последнем случае удалось получить глубокие фотометрические и спектроскопические данные наблюдений.
Обнаруженный радиовсплеск был одиночным, затух в течении несколько миллисекунд и характеризовался большой линейной (49 процентов) и малой круговой (три процента) поляризацией излучения. Мера дисперсии (величина «сдвига» времени прихода сигнала в зависимости от частоты волны) для FRB 20240304B составила 2458,2 парсек на кубический сантиметр, что говорило о том, что источник находится на большом значении красного смещения — оценка, основанная на соотношении Маккара, давала значение z около 2,8. Наземные телескопы потенциальной родительской галактики не обнаружили, однако на снимках «Джеймса Уэбба» была замечена тусклая система, которую действительно можно считать родительской галактикой всплеска.
Измеренное красное смещение галактики составило 2,148, что соответствует возрасту Вселенной около трех миллиардов лет и помещает систему в эпоху космического полудня, когда наблюдался пик наращивания галактиками массы за счет звездообразования. Система интерпретируется как молодая карликовая (звездная масса около 107 масс Солнца) галактика с низкой (10-20 процентов от солнечной) металличностью, которая находится в фазе ранней эволюции и активно формирует звезды, со скоростью около 0,2 массы Солнца в год. Такие выводы лучше вписываются в теории о том, что источниками быстрых радиовсплесков могут быть молодые магнитары, возникшие при гибели массивных и короткоживущих звезд, а не в гипотезы, предлагающие на роль источников всплесков более долгоживущие объекты, например сливающиеся пары нейтронных звезд.
Что же касается среды на луче зрения между источником всплеска и земным наблюдателем, то по расчетам она характеризуется либо крайне малым значением напряженности магнитного поля, либо сложной структурой магнитных полей, а основной вклад в избыток меры дисперсии, связанный с повышенной плотностью электронов, вносит межгалактическая среда скопления Девы и группы галактик переднего плана.
Подробнее об истории изучения быстрых радиовсплесков мы писали в блоге «Что такое быстрые радиовсплески».