SkyFlux
Webb leidis seni kaugeima kiire raadiosähvatuse peremeesgalaktika
Avaldatud · Uuendatud
Lõuna-Aafrika raadioteleskoop MeerKAT tabas 4. märtsil 2024 mõne millisekundi pikkuse raadiosähvatuse, mis sai kuupäeva järgi tähise FRB 20240304B. Galaktika, kust sähvatus tuli, leidis üles alles James Webbi kosmoseteleskoop: see on noor kääbusgalaktika, mida näeme sellisena, nagu see oli 3 miljardit aastat pärast Suurt Pauku. Kaugemalt ei ole kiire raadiosähvatuse peremeesgalaktikat seni leitud.
Sähvatus, mis kestab millisekundeid
Kiired raadiosähvatused (inglise keeles fast radio burst, FRB) on mõne millisekundi pikkused raadiolainete impulsid, mis jõuavad meieni teistest galaktikatest. Esimene leiti 2007. aastal pulsariotsingu arhiiviandmetest. Enamasti on samast kohast tabatud ainult üks sähvatus, kuid mõned allikad sähvatavad korduvalt.
Teel meieni läbib iga impulss hõredat ioniseeritud gaasi, mille tõttu madalama sagedusega raadiolained jõuavad kohale hiljem kui kõrgema sagedusega. Selle viivituse järgi arvutavad astronoomid dispersioonimõõdu ehk selle, kui palju vabu elektrone on kogu teekonnal. Sähvatusel FRB 20240304B oli see tavatult suur, mis vihjas väga kaugele allikale. Samas võib dispersioonimõõtu kasvatada ka tihe gaas allika lähedal või teel olevates galaktikaparvedes. Kauguse saab kindlaks teha ainult peremeesgalaktika punanihke järgi.
Raadioteleskoobi määratud asukohast punanihkeni
MeerKAT koosneb 64 raadioantennist, mis paiknevad 8 km laiusel alal. Sähvatuse registreeris kell 00:50 UTC lühiajalisi signaale otsiv süsteem MeerTRAP. Signaali tabamisel salvestas MeerTRAP 62 tol hetkel töötanud antennilt 300 millisekundi jagu töötlemata andmeid. Sellest piisas, et määrata sähvatuse asukoht umbes poole kaaresekundi täpsusega, mis on üle kolme tuhande korra väiksem kui täiskuu läbimõõt.
Maapealsete Kecki ja MMT teleskoopide pika säriajaga piltidel ei olnud selles kohas midagi näha. Webbi kaamera NIRCam leidis seejärel sähvatuse asukohast umbes 0,3 kaaresekundi kauguselt tuhmi galaktika. Uurijate arvutuse järgi on 97,5% tõenäosus, et sähvatus pärineb just sellest galaktikast. Webbi spektrograafiga NIRSpec mõõdeti galaktika vesiniku ja hapniku spektrijooni ning nende järgi saadi punanihkeks 2,148. See tähendab, et galaktikast lähtunud nähtava valguse lainepikkused on meieni jõudes venunud umbes kolm korda pikemaks ja valgus on nihkunud infrapunasesse piirkonda.
Miks kaugus on oluline: galaktikatevahelise gaasi hulk
Üle kolmveerandi Universumi tavalisest ainest (prootonitest ja neutronitest ehk barüonidest koosnevast ainest) on galaktikate vahel ja ümber paiknev gaas, mis on nii hõre, et seda ei ole otse näha. Kui võrrelda sähvatuse dispersioonimõõtu ja kaugust, saab selle gaasi hulga kindlaks teha. 2020. aastal mõõtis Jean-Pierre Macquart’i juhitud uurimisrühm mõne sähvatuse põhjal tavalise aine hulga ja see oli kooskõlas varajase Universumi mõõtmistest saadud väärtusega. FRB 20240304B abil saab meetodit rakendada teekonnal, mis hõlmab umbes 80% Universumi ajaloost.
Signaali teel oli vabu elektrone rohkem, kui nii pikal teekonnal tavaliselt ette tuleb. Umbes poole sellest ülejäägist seostasid uurijad kahe vaatesihil asuva struktuuriga: umbes 54 miljoni valgusaasta kaugusel oleva Neitsi galaktikaparvega ja punanihkel 0,31 asuva, seni tundmatu galaktikagrupiga. Impulss jõudis kohale ka ajas tugevasti välja veninuna, tõenäoliselt suuresti oma galaktika gaasi tõttu. Sellest järeldavad uurijad, et praegused vaatlusprogrammid jätavad märkamata terve hulga sama moodi veninud sähvatusi.
Mis sähvatusi tekitab, on endiselt lahtine
Peamisi kandidaate on kaks. Neutrontähtede paaridel kulub tekkest ühinemiseni eeldatavasti miljardeid aastaid, seega peaks ühinemisi olema rohkem vanades galaktikates. Magnetar ehk ülitugeva magnetväljaga noor neutrontäht võib sündida juba mõni miljon aastat pärast tähetekke puhangut, nii et magnetare peaks olema rohkem galaktikates, kus sünnib veel uusi tähti. Enamik teadaolevaid kiirete raadiosähvatuste peremeesgalaktikaid on suured galaktikad, kus tekib uusi tähti. FRB 20240304B peremeesgalaktika mass on aga umbes tuhat korda väiksem, kui oodati. Tähti sünnib seal nii hoogsalt, et praeguses tempos oleksid kõik galaktika tähed võinud tekkida umbes 50 miljoni aastaga. Galaktika tähed on seega noored. Seepärast peab uurimisrühm neutrontähtede ühinemist siin väga ebatõenäoliseks. 2020. aastal tekitas Linnutee magnetar SGR 1935+2154 sarnase raadiosähvatuse, mis oli energialt umbes 40 korda nõrgem kui kõige nõrgem teistest galaktikatest tulnud sähvatus.
Ometi tehti 2022. aastal kindlaks, et üks korduvalt sähvatav allikas asub galaktika M81 ühes kerasparves. Kerasparv on tihe väga vanade tähtede kogum, kus noori magnetare tekkida ei tohiks. Kas ühekordsetel ja korduvatel sähvatustel on ühine põhjus, ei ole siiani teada.
Harrastaja vahenditega ei ole sellest midagi näha: sähvatus kestis mõne millisekundi ja peremeesgalaktika on liiga tuhm. Galaktika asub Neitsi tähtkujus umbes 12° põhja pool taevaekvaatorit. See taevaosa on nähtav mõlemal poolkeral, välja arvatud kõige lõunapoolsematel laiustel.
Allikad ja litsentsid
- ESA/Webbi teadusuudis weic2621 (8. oktoober 2026) — MeerTRAPi ja MeerKATi avastus 4. märtsil 2024, ebaõnnestunud otsingud maapealsete teleskoopidega, NIRCam ja NIRSpec, punanihe 2,148, 3 miljardit aastat pärast Suurt Pauku, peremeesgalaktika mass oodatust 1000 korda väiksem, ühinemise ja magnetari võrdlus, Neitsi galaktikaparv 54 miljoni valgusaasta kaugusel ning galaktikaparv või -grupp punanihkel 0,3. Teksti autor ESA/Webb. https://esawebb.org/news/weic2621/
- ESA/Webbi pilt weic2621a — Avapilt ja autoriõiguse rida. Litsents: CC BY 4.0, vt https://esawebb.org/copyright/ . https://esawebb.org/images/weic2621a/
- Caleb, Nanayakkara, Stappers jt, Science (8. oktoober 2026), A fast radio burst at redshift 2, three billion years after the Big Bang — Punanihe 2,148, väikese massiga tähti tekitav peremeesgalaktika, umbes 80% Universumi ajaloost hõlmav teekond, impulsi tugev hajumine, mis tähendab, et osa sähvatusi jääb avastamata. https://doi.org/10.1126/science.adz2675 . Üksikasjad (MeerKATi antennivõrk, 300 ms puhver 62 antennilt, asukoha täpsus 0,28 × 0,48 kaaresekundit, Kecki ja MMT tulemusteta vaatlused, 0,3-kaaresekundiline nihe, 97,5% tõenäosus, Neitsi galaktikaparv ja galaktikagrupp punanihkel 0,31, umbes 100 peremeesgalaktika punanihet, enamik alla 0,5) on preprindist: https://arxiv.org/abs/2508.01648 Science’is avaldatud tekst on tasulise ligipääsuga ja seda ei loetud tervikuna; preprindist võetud väärtused võivad lõplikus versioonis veidi erineda.
- Lorimer jt, Science 318 (2007), A Bright Millisecond Radio Burst of Extragalactic Origin — Esimene kiire raadiosähvatus, leitud pulsariotsingu arhiiviandmetest. https://doi.org/10.1126/science.1147532
- Macquart jt, Nature 581 (2020), A census of baryons in the Universe from localized fast radio bursts — Üle kolmveerandi barüonidest on hajusas gaasis; sähvatuste dispersioonist leitud barüonide tihedus on kooskõlas varajase Universumi väärtustega. https://arxiv.org/abs/2005.13161
- Bochenek jt, Nature 587 (2020), A fast radio burst associated with a Galactic magnetar — SGR 1935+2154 raadiosähvatus 28. aprillil 2020. https://arxiv.org/abs/2005.10828
- Kirsten jt, Nature 602 (2022), A repeating fast radio burst source in a globular cluster — FRB 20200120E galaktika M81 süsteemi kerasparves, mis seab kahtluse alla noore magnetari mudelid. https://arxiv.org/abs/2105.11445
