SkyFlux
Webb finder værtsgalaksen for det fjerneste hurtige radioudbrud
Udgivet · Opdateret
Den 4. marts 2024 opfangede det sydafrikanske radioteleskop MeerKAT et radioglimt, der kun varede millisekunder. Det fik betegnelsen FRB 20240304B efter datoen. Kun James Webb-rumteleskopet kunne finde den galakse, glimtet kom fra: en ung dværggalakse, hvis lys viser den, som den så ud 3 milliarder år efter Big Bang. Det er den fjerneste værtsgalakse for et hurtigt radioudbrud, der er fundet indtil nu.
Et glimt, der varer millisekunder
Hurtige radioudbrud (på engelsk fast radio bursts, FRB) er impulser af radiobølger, der varer millisekunder og når os fra andre galakser. Det første blev fundet i 2007 i arkiverede data fra en søgning efter pulsarer. De fleste ses kun én gang; et mindretal gentager sig.
På vej mod os passerer hver impuls gennem tynd, elektrisk ladet gas, som forsinker de lave radiofrekvenser mere end de høje. Ud fra forsinkelsen beregner astronomerne dispersionsmålet, et mål for, hvor mange frie elektroner der er langs hele vejen. For FRB 20240304B var det usædvanlig stort, hvilket pegede på en meget fjern kilde, men tæt gas nær kilden eller i galaksehobe undervejs kan også gøre det større. Kun værtsgalaksens rødforskydning kan afgøre afstanden.
Fra en radioposition til en rødforskydning
MeerKAT består af 64 parabolantenner spredt ud over 8 km. Udbruddet blev opfanget kl. 00.50 UTC af MeerTRAP, et system, der leder efter korte signaler. Opdagelsen fik MeerTRAP til at gemme 300 millisekunders rådata fra de 62 antenner, der var i brug på det tidspunkt. Det var nok til at bestemme glimtets position med en nøjagtighed på omkring et halvt buesekund, mindre end en tretusindedel af fuldmånens bredde på himlen.
Lange eksponeringer fra de jordbaserede teleskoper Keck og MMT viste intet på stedet. Webbs instrument NIRCam fandt derefter en svag galakse omkring 0,3 buesekunder fra udbruddets position, og ifølge holdets beregning er der 97,5 % sandsynlighed for, at det er værtsgalaksen. Webbs spektrograf NIRSpec målte lys fra galaksens brint og ilt, og det gav en rødforskydning på 2,148: Synligt lys fra galaksen er strakt til omkring tre gange sin oprindelige bølgelængde, når det når frem, og er dermed blevet til infrarødt lys.
Hvorfor afstanden er vigtig: gassen mellem galakserne
Mere end tre fjerdedele af det almindelige stof i Universet er spredt gas mellem og omkring galakserne, så tynd, at den ikke kan ses. Sammenligner man et udbruds dispersionsmål med dets afstand, kan man bestemme, hvor meget af den gas der er. I 2020 gjorde Jean-Pierre Macquarts hold det med en håndfuld udbrud, og den mængde almindeligt stof, de fandt, passede med det, som målinger af det tidlige Univers forudsiger. Med FRB 20240304B kan metoden bruges på en afstand, som signalet har rejst i omkring 80 % af Universets historie.
Signalet passerede gennem flere frie elektroner, end der normalt er på en så lang strækning. Holdet kunne føre omkring halvdelen af overskuddet tilbage til to strukturer langs sigtelinjen: Virgohoben, en galaksehob omkring 54 millioner lysår væk, og en hidtil ukendt galaksegruppe ved rødforskydning 0,31. Impulsen var også kraftigt udtværet i tid, da den nåede frem, sandsynligvis for en stor del på grund af gas i dens egen galakse, og holdet konkluderer, at de nuværende søgninger overser en hel population af udbrud, der er udtværet på samme måde.
Hvad der skaber udbruddene, er stadig uafklaret
To slags kilder er de førende kandidater. Par af neutronstjerner forventes at være milliarder af år om at kredse stadig tættere om hinanden, før de smelter sammen, så sammensmeltninger burde være hyppigst i gamle galakser. En magnetar, en ung neutronstjerne med et ekstremt stærkt magnetfelt, kan dannes inden for få millioner år efter en periode med kraftig stjernedannelse, så magnetarer burde være hyppigst i galakser, der stadig danner stjerner. De fleste kendte værtsgalakser for hurtige radioudbrud er store galakser med stjernedannelse. Denne har omkring en tusindedel af den forventede masse og danner stjerner så hurtigt, at den med sin nuværende hastighed kunne have dannet alle sine stjerner på omkring 50 millioner år: Dens stjerner er unge. Derfor anser holdet en sammensmeltning for meget usandsynlig her. I 2020 udsendte en magnetar i Mælkevejen, SGR 1935+2154, et lignende radioudbrud, omkring 40 gange svagere end det svageste udbrud fra en anden galakse.
Men i 2022 blev en kilde til gentagne hurtige radioudbrud sporet til en kuglehob, der hører til galaksen M81: en tæt kugle af meget gamle stjerner, hvor der ikke burde dannes unge magnetarer. Om enkeltstående og gentagne udbrud har samme årsag, vides stadig ikke.
Intet af dette kan ses med amatørudstyr: Glimtet varede millisekunder, og værtsgalaksen er alt for svag. Den ligger i stjernebilledet Jomfruen, omkring 12° nord for himlens ækvator, i et område af himlen, der kan ses fra begge halvkugler, undtagen fra de sydligste egne.
Kilder og licenser
- ESA/Webb, videnskabelig nyhed weic2621 (8. oktober 2026) — MeerTRAP/MeerKATs opdagelse den 4. marts 2024, mislykkede søgninger med jordbaserede teleskoper, NIRCam og NIRSpec, rødforskydning 2,148, 3 milliarder år efter Big Bang, en værtsgalakse med en tusindedel af den forventede masse, argumentet sammensmeltning kontra magnetar, Virgohoben 54 millioner lysår væk og en galaksehob/-gruppe ved rødforskydning 0,3. Tekst krediteret ESA/Webb. https://esawebb.org/news/weic2621/
- ESA/Webb, billede weic2621a — Hovedbillede og kreditlinje. Licens: CC BY 4.0 ifølge https://esawebb.org/copyright/ . https://esawebb.org/images/weic2621a/
- Caleb, Nanayakkara, Stappers m.fl., Science (8. oktober 2026), A fast radio burst at redshift 2, three billion years after the Big Bang — Rødforskydning 2,148, stjernedannende værtsgalakse med lille masse, omkring 80 % af den kosmiske historie undersøgt, kraftig spredning af impulsen, der tyder på uopdagede udbrud. https://doi.org/10.1126/science.adz2675 . Detaljer (MeerKAT-antennenettet, 300 ms buffer fra 62 antenner, positionsbestemmelse 0,28 × 0,48 buesekunder, ingen detektion med Keck og MMT, 0,3 buesekunders afstand, 97,5 % sandsynlighed for sammenhæng, Virgohoben og gruppen ved z = 0,31, omkring 100 rødforskydninger af værtsgalakser, de fleste under 0,5) fra preprintet: https://arxiv.org/abs/2508.01648 Den publicerede tekst i Science er bag betalingsmur og er ikke læst i sin helhed; værdier fra preprintet kan afvige en smule i den endelige version.
- Lorimer m.fl., Science 318 (2007), A Bright Millisecond Radio Burst of Extragalactic Origin — Det første hurtige radioudbrud, fundet i arkiverede data fra en søgning efter pulsarer. https://doi.org/10.1126/science.1147532
- Macquart m.fl., Nature 581 (2020), A census of baryons in the Universe from localized fast radio bursts — Mere end tre fjerdedele af baryonerne findes i spredt gas; baryontætheden bestemt ud fra udbruddenes dispersion stemmer med værdierne fra det tidlige Univers. https://arxiv.org/abs/2005.13161
- Bochenek m.fl., Nature 587 (2020), A fast radio burst associated with a Galactic magnetar — Radioudbrud fra SGR 1935+2154 den 28. april 2020. https://arxiv.org/abs/2005.10828
- Kirsten m.fl., Nature 602 (2022), A repeating fast radio burst source in a globular cluster — FRB 20200120E i en kuglehob i M81-systemet, hvilket udfordrer modeller med unge magnetarer. https://arxiv.org/abs/2105.11445
