Космический телескоп «Джеймс Уэбб» нашёл галактику, из которой пришёл самый далёкий быстрый радиовсплеск с известным местоположением. Галактика маленькая, молодая и активно рождает звёзды. Из-за этой находки стало вероятнее, что часть всплесков приходит от молодых магнетаров. Но что породило именно этот всплеск, она не объясняет.
Быстрые радиовсплески — это вспышки радиоволн, которые длятся около миллисекунды. Первый зафиксировали случайно в 2007 году, с тех пор нашли тысячи. Большинство видно лишь один раз, и никто точно не знает, что их порождает.
Всплеск FRB 20240304B 4 марта 2024 года зарегистрировала команда MeerTRAP на радиотелескопе MeerKAT в Южной Африке. Телескоп состоит из 64 антенн диаметром по 13,5 метра. За несколько миллисекунд всплеск выделил больше энергии, чем Солнце за целый год.
Тусклая галактика в 0,23 угловой секунды от всплеска
Радиоданные показывают, куда смотреть, но не говорят, что там находится. Поэтому астрономы ищут «родительскую» галактику, в которой возник всплеск: только она позволяет узнать точное расстояние. Наземные телескопы «Кек» и MMT, а также архивные снимки на месте всплеска ничего не показывают.
Камера NIRCam на «Уэббе» увидела слабую галактику примерно в 0,23 угловой секунды от положения всплеска. Авторы оценивают вероятность связи между ними в 97,5%. Спектрограф NIRSpec зафиксировал эмиссионные линии водорода и кислорода, по которым определили красное смещение. Оно показывает, насколько растянулся свет из-за расширения Вселенной, и по нему рассчитывают время.
Красное смещение составляет 2,148. Всплеск вышел, когда Вселенной было около 3 миллиардов лет, и летел к нам больше 11 миллиардов лет. Прежний рекорд для всплеска с установленной галактикой — красное смещение 1,016, так что расстояние больше чем вдвое превышает прежнее.
Сама галактика — карлик: её звёздная масса составляет около 1 процента массы Млечного Пути. По оценке авторов, около 90 процентов её звёзд образовались за последние примерно 30 миллионов лет. Содержание тяжёлых элементов в ней примерно в десять раз ниже солнечного.
Руководительница исследования Маниша Калеб из Сиднея рассказала: «Мы думали, что это будет большая, хорошо оформленная галактика с множеством звёзд». По данным НАСА, галактика примерно в 1000 раз менее массивна, чем ожидали.
Магнетары и слияния нейтронных звёзд
Есть две основные модели. В первой всплеск возникает при слиянии двух нейтронных звёзд, а на это уходят от сотен миллионов до миллиардов лет. Во второй его рождает магнетар — молодая нейтронная звезда с сильным магнитным полем, оставшаяся после сверхновой. Магнетар может выдать всплеск вскоре после рождения, например при звёздотрясении.
Молодая галактика, которой всего 3 миллиарда лет и в которой звёзды рождаются бурным всплеском, лучше подходит ко второй модели. «Наша работа показывает, что этот всплеск вряд ли вызван слиянием», — говорит Калеб. Бен Стэперс из Манчестерского университета, также один из авторов, отметил, что галактика-хозяин «выделяется во всей выборке галактик».
Вывод статистический. Никто не видел конкретного магнетара за этим всплеском, а одно событие не доказывает, что у всех всплесков общее происхождение. Другие объяснения остаются возможными, вопрос о происхождении открыт. В НАСА указывают, что у теорий нет убедительных доказательств.
Всплеск служит ещё и зондом для изучения Вселенной. Сигнал прошёл через газ, охватывающий около 80 процентов космической истории, а также через неизвестное ранее скопление галактик с красным смещением 0,3 и через скопление Девы. Учёные считают, что MeerKAT может фиксировать по несколько таких всплесков в год при красном смещении больше 1. Телескоп SKA-Mid, который строят в Южной Африке и в который войдёт MeerKAT, должен находить ещё более далёкие всплески.