SkyFlux
Webb löysi kaukaisimman nopean radiopurskeen isäntägalaksin
Julkaistu · Päivitetty
Etelä-Afrikassa sijaitseva MeerKAT-radioteleskooppi tallensi 4. maaliskuuta 2024 millisekuntien mittaisen radiovälähdyksen, joka sai havaintopäivänsä mukaan tunnuksen FRB 20240304B. Galaksin, josta välähdys tuli, pystyi löytämään vain James Webb -avaruusteleskooppi. Se on nuori kääpiögalaksi, jonka näemme sellaisena kuin se oli 3 miljardia vuotta alkuräjähdyksen jälkeen, ja kaukaisin tähän mennessä tunnistettu nopean radiopurskeen isäntägalaksi.
Välähdys, joka kestää millisekunteja
Nopeat radiopurskeet (FRB, engl. fast radio burst) ovat millisekuntien mittaisia radioaaltopulsseja, jotka saapuvat luoksemme muista galakseista. Ensimmäinen löydettiin vuonna 2007 arkistoiduista pulsarikartoituksen havainnoista. Useimmat nähdään vain kerran, mutta pieni osa toistuu.
Matkallaan jokainen pulssi kulkee ohuen, sähköisesti varautuneen kaasun läpi, ja kaasu viivästää matalia radiotaajuuksia enemmän kuin korkeita. Viiveestä tähtitieteilijät laskevat dispersiomitan (engl. dispersion measure), joka kertoo, kuinka paljon vapaita elektroneja koko reitin varrella on. FRB 20240304B:n dispersiomitta oli poikkeuksellisen suuri, mikä viittasi hyvin kaukaiseen lähteeseen. Sitä voi kuitenkin kasvattaa myös lähteen lähellä oleva tiheä kaasu tai matkan varrella olevat galaksijoukot. Etäisyyden ratkaisee vasta isäntägalaksin punasiirtymä.
Radiopaikannuksesta punasiirtymään
MeerKAT on 64 radioantennin verkko, joka levittäytyy 8 km:n alueelle. Purskeen tallensi klo 0.50 UTC MeerTRAP, järjestelmä, joka etsii lyhyitä signaaleja. Havainto sai MeerTRAPin tallentamaan 300 millisekuntia raakadataa niistä 62 antennista, jotka olivat silloin käytössä. Se riitti välähdyksen paikan määrittämiseen noin puolen kaarisekunnin tarkkuudella, mikä on alle 1/3 000 täysikuun läpimitasta.
Maanpäällisten Keck- ja MMT-teleskooppien pitkään valotetuissa kuvissa kohdassa ei näkynyt mitään. Sitten Webbin NIRCam-kamera löysi himmeän galaksin noin 0,3 kaarisekunnin päästä purskeen paikasta. Tutkimusryhmän laskelman mukaan se on 97,5 %:n todennäköisyydellä purskeen isäntägalaksi. Webbin NIRSpec-spektrografi mittasi galaksin vedyn ja hapen valoa, ja siitä saatiin punasiirtymä 2,148: galaksin näkyvä valo saapuu meille venyneenä noin kolminkertaiseen aallonpituuteen eli infrapuna-alueelle.
Miksi etäisyys on tärkeä: galaksien välisen kaasun punnitseminen
Yli kolme neljäsosaa maailmankaikkeuden tavallisesta aineesta on galaksien välissä ja ympärillä olevaa kaasua, joka on liian harvaa nähtäväksi. Kun purskeen dispersiomittaa verrataan sen etäisyyteen, tämä kaasu voidaan punnita. Vuonna 2020 Jean-Pierre Macquartin ryhmä teki näin muutaman purskeen avulla, ja tavallista ainetta löytyi juuri niin paljon kuin varhaisen maailmankaikkeuden mittausten perusteella pitääkin. FRB 20240304B:n avulla menetelmää voidaan soveltaa reittiin, jonka kulkemiseen signaalilta kului noin 80 % maailmankaikkeuden historiasta.
Signaalin reitillä oli enemmän vapaita elektroneja kuin samanpituisella reitillä tyypillisesti. Tutkimusryhmä jäljitti noin puolet ylimäärästä kahteen näkösäteen varrella olevaan rakenteeseen: noin 54 miljoonan valovuoden päässä olevaan Neitsyen galaksijoukkoon ja aiemmin tuntemattomaan galaksiryhmään, jonka punasiirtymä on 0,31. Pulssi oli myös ehtinyt levitä ajassa voimakkaasti, luultavasti suurelta osin isäntägalaksinsa kaasun vuoksi. Ryhmä päättelee, että nykyiset kartoitukset jättävät huomaamatta kokonaisen joukon samalla tavalla levinneitä purskeita.
Mikä purskeet synnyttää, on yhä avoin kysymys
Pääehdokkaita on kahdenlaisia. Neutronitähtiparien odotetaan kiertyvän yhteen ja sulautuvan vasta miljardien vuosien kuluessa, joten sulautumia pitäisi esiintyä etenkin vanhoissa galakseissa. Magnetar, nuori neutronitähti, jolla on äärimmäisen voimakas magneettikenttä, voi syntyä jo muutaman miljoonan vuoden kuluessa tähtienmuodostuksen purkauksesta, joten magnetareja pitäisi esiintyä etenkin galakseissa, joissa syntyy yhä tähtiä. Useimmat tunnetut FRB-isäntägalaksit ovat suuria, tähtiä muodostavia galakseja. Tämän purskeen isäntägalaksin massa on kuitenkin noin tuhannesosa odotetusta, ja se muodostaa tähtiä niin nopeasti, Tämän purskeen isäntägalaksin massa on kuitenkin noin tuhannesosa odotetusta, ja se muodostaa tähtiä niin nopeasti, että nykyisellä tahdilla se olisi voinut synnyttää kaikki tähtensä noin 50 miljoonassa vuodessa. Sen tähdet ovat siis nuoria. Siksi tutkimusryhmä pitää sulautumista tässä tapauksessa hyvin epätodennäköisenä. pitää sulautumista tässä tapauksessa hyvin epätodennäköisenä. Vuonna 2020 oman Linnunratamme magnetar SGR 1935+2154 tuotti samankaltaisen radiopurskeen, joka oli noin 40 kertaa heikompi kuin heikoin Linnunradan ulkopuolelta havaittu purske.
Vuonna 2022 toistuva FRB kuitenkin jäljitettiin M81-galaksiin kuuluvaan pallomaiseen tähtijoukkoon. Se on tiheä, hyvin vanhoista tähdistä koostuva joukko, jossa nuoria magnetareja ei pitäisi syntyä. Vielä ei tiedetä, onko kerran nähdyillä ja toistuvilla purskeilla sama syy.
Mitään tästä ei voi nähdä harrastajan välineillä: välähdys kesti millisekunteja, ja isäntägalaksi on aivan liian himmeä. Galaksi on Neitsyen tähdistössä noin 12 astetta taivaanekvaattorin pohjoispuolella, alueella, joka näkyy kummaltakin pallonpuoliskolta aivan eteläisimpiä seutuja lukuun ottamatta.
Lähteet ja lisenssit
- ESA/Webbin tiedote weic2621 (8. lokakuuta 2026) — MeerTRAPin/MeerKATin havainto 4. maaliskuuta 2024, tuloksettomat haut maanpäällisillä teleskoopeilla, NIRCam ja NIRSpec, punasiirtymä 2,148, 3 miljardia vuotta alkuräjähdyksen jälkeen, isäntägalaksin massa noin tuhannesosa odotetusta, päätelmä siitä, onko lähde sulautuma vai magnetar, Neitsyen galaksijoukko 54 miljoonan valovuoden päässä sekä galaksijoukko tai -ryhmä, jonka punasiirtymä on 0,3. Teksti: ESA/Webb. https://esawebb.org/news/weic2621/
- ESA/Webbin kuva weic2621a — Pääkuva ja kuvan tekijätiedot. Lisenssi: CC BY 4.0, ks. https://esawebb.org/copyright/ . https://esawebb.org/images/weic2621a/
- Caleb, Nanayakkara, Stappers ym., Science (8. lokakuuta 2026), A fast radio burst at redshift 2, three billion years after the Big Bang — Punasiirtymä 2,148, pienimassainen tähtiä muodostava isäntägalaksi, tutkittu reitti kattaa noin 80 % maailmankaikkeuden historiasta, voimakas sironta viittaa havaitsematta jääviin purskeisiin. https://doi.org/10.1126/science.adz2675 . Yksityiskohdat (MeerKAT-antenniverkko, 300 ms:n puskuri 62 antennista, paikannus 0,28 × 0,48 kaarisekuntia, Keckin ja MMT:n tuloksettomat havainnot, 0,3 kaarisekunnin etäisyys, 97,5 %:n todennäköisyys yhteydelle, Neitsyen galaksijoukko ja ryhmä, jonka z = 0,31, noin 100 isäntägalaksin punasiirtymää, enimmäkseen alle 0,5) ovat preprintistä: https://arxiv.org/abs/2508.01648 Science-lehdessä julkaistu teksti on maksumuurin takana, eikä sitä luettu kokonaan; preprintistä otetut arvot voivat poiketa hieman lopullisesta versiosta.
- Lorimer ym., Science 318 (2007), A Bright Millisecond Radio Burst of Extragalactic Origin — Ensimmäinen nopea radiopurske, löydetty arkistoiduista pulsarikartoituksen havainnoista. https://doi.org/10.1126/science.1147532
- Macquart ym., Nature 581 (2020), A census of baryons in the Universe from localized fast radio bursts — Yli kolme neljäsosaa baryoneista on harvassa kaasussa; nopeiden radiopurskeiden dispersiosta laskettu baryonitiheys sopii yhteen varhaisen maailmankaikkeuden arvojen kanssa. https://arxiv.org/abs/2005.13161
- Bochenek ym., Nature 587 (2020), A fast radio burst associated with a Galactic magnetar — SGR 1935+2154:n radiopurske 28. huhtikuuta 2020. https://arxiv.org/abs/2005.10828
- Kirsten ym., Nature 602 (2022), A repeating fast radio burst source in a globular cluster — FRB 20200120E M81-järjestelmän pallomaisessa tähtijoukossa; haastaa nuoriin magnetareihin perustuvat mallit. https://arxiv.org/abs/2105.11445
