Webb vindt het moederstelsel van de verste snelle radioflits

Een flits die milliseconden duurt

Snelle radioflitsen (fast radio bursts, FRB's) zijn pulsen van radiogolven die milliseconden duren en ons vanuit andere sterrenstelsels bereiken. De eerste werd in 2007 ontdekt in gearchiveerde gegevens van een zoektocht naar pulsars. De meeste worden maar één keer gezien; een minderheid herhaalt zich.

Onderweg naar ons gaat elke puls door ijl, elektrisch geladen gas, en dat gas vertraagt de lagere radiofrequenties meer dan de hogere. Uit die vertraging berekenen astronomen de dispersiemaat: een telling van alle vrije elektronen langs de hele weg. Bij FRB 20240304B was de dispersiemaat ongewoon groot, wat op een zeer verre bron wees. Maar ook dicht gas vlak bij de bron, of in clusters van sterrenstelsels onderweg, kan de dispersiemaat opdrijven. Alleen de roodverschuiving van het moederstelsel kan de afstand vaststellen.

Van radiopositie naar roodverschuiving

MeerKAT bestaat uit 64 radioschotels, verspreid over 8 kilometer. MeerTRAP, een systeem dat naar korte signalen zoekt, ving de flits om 00:50 UTC op. Na die detectie bewaarde MeerTRAP 300 milliseconden aan ruwe gegevens van de 62 antennes die op dat moment in gebruik waren – genoeg om de positie van de flits tot op ongeveer een halve boogseconde vast te leggen. Dat is minder dan een drieduizendste van de breedte van de volle maan.

Diepe opnamen vanaf de grond met Keck en MMT lieten op die plek niets zien. Daarna vond Webbs instrument NIRCam een zwak sterrenstelsel op ongeveer 0,3 boogseconde van de positie van de flits. Volgens de berekening van het team is de kans 97,5% dat dit het moederstelsel is. Webbs spectrograaf NIRSpec mat het licht van waterstof en zuurstof in het stelsel en kwam uit op een roodverschuiving van 2,148: het zichtbare licht van dit sterrenstelsel komt bij ons aan als infrarood, uitgerekt tot ongeveer drie keer de oorspronkelijke golflengte.

Waarom de afstand ertoe doet: het gas tussen de sterrenstelsels wegen

Meer dan driekwart van de gewone materie in het heelal is ijl gas tussen en rond sterrenstelsels, te dun om te zien. Wie van een flits zowel de dispersiemaat als de afstand kent, kan dat gas wegen. In 2020 deed het team van Jean-Pierre Macquart dat met een handvol flitsen, en de hoeveelheid gewone materie die het team vond, klopte met wat metingen aan het vroege heelal voorspellen. Met FRB 20240304B is de methode nu toe te passen op een signaal dat ongeveer 80% van de kosmische geschiedenis onderweg was.

Het signaal passeerde onderweg meer vrije elektronen dan bij zo'n afstand gebruikelijk is. Ongeveer de helft van dat overschot herleidde het team tot twee structuren in de zichtlijn: de Virgocluster, een cluster van sterrenstelsels op ongeveer 54 miljoen lichtjaar, en een tot nu toe onbekende groep sterrenstelsels met een roodverschuiving van 0,31. De puls kwam bovendien sterk uitgesmeerd in de tijd aan, waarschijnlijk grotendeels door gas in het eigen sterrenstelsel van de bron. Het team concludeert dat de huidige zoekprogramma's een hele populatie flitsen missen die net zo uitgesmeerd zijn als deze.

Wat de flitsen veroorzaakt, is nog een open vraag

Twee soorten bronnen zijn de belangrijkste kandidaten. Paren neutronensterren hebben naar verwachting miljarden jaren nodig om naar elkaar toe te spiralen en samen te smelten; zulke samensmeltingen horen dus vooral in oude sterrenstelsels thuis. Een magnetar, een jonge neutronenster met een extreem sterk magnetisch veld, kan binnen een paar miljoen jaar na een golf van stervorming ontstaan; magnetars horen dus vooral thuis in sterrenstelsels die nog sterren vormen. De meeste bekende moederstelsels van FRB's zijn grote sterrenstelsels met stervorming. Dit stelsel heeft ongeveer een duizendste van de verwachte massa en vormt zo snel sterren dat het in het huidige tempo al zijn sterren in ongeveer 50 miljoen jaar gevormd kan hebben: de sterren zijn jong. Daarom acht het team een samensmelting hier zeer onwaarschijnlijk. In 2020 zond een magnetar in ons eigen Melkwegstelsel, SGR 1935+2154, een vergelijkbare radioflits uit, ongeveer 40 keer zwakker dan de zwakste flits van buiten het Melkwegstelsel.

Toch werd in 2022 een herhalende FRB herleid tot een bolvormige sterrenhoop van het sterrenstelsel M81: een dichte bol van zeer oude sterren, waar geen jonge magnetars horen te ontstaan. Of eenmalige en herhalende flitsen dezelfde oorzaak hebben, is nog onbekend.

Met amateurapparatuur is hier niets van te zien: de flits duurde milliseconden en het moederstelsel is veel te zwak. Het stelsel staat in het sterrenbeeld Maagd, ongeveer 12 graden ten noorden van de hemelevenaar, in een deel van de hemel dat vanaf beide halfronden te zien is, behalve vanuit het uiterste zuiden.