Webb encontra a galáxia hospedeira da rajada rápida de rádio mais distante

Um clarão que dura milissegundos

As rajadas rápidas de rádio (FRBs, na sigla em inglês) são pulsos de ondas de rádio de alguns milissegundos que chegam até nós vindos de outras galáxias. A primeira foi descoberta em 2007, em dados de arquivo de uma busca por pulsares. A maioria aparece uma única vez; uma minoria se repete.

No caminho até a Terra, cada pulso atravessa gás rarefeito e eletricamente carregado, que atrasa as frequências de rádio mais baixas mais do que as mais altas. A partir desse atraso, os astrônomos calculam a medida de dispersão, que soma os elétrons livres ao longo de todo o trajeto. No caso da FRB 20240304B, ela era excepcionalmente alta, o que sugeria uma fonte muito distante — mas gás denso perto da fonte ou em aglomerados de galáxias pelo caminho também pode aumentá-la. Só o desvio para o vermelho da galáxia hospedeira resolve a questão da distância.

Da localização em rádio ao desvio para o vermelho

O MeerKAT é um conjunto de 64 antenas de rádio espalhadas por 8 km. A rajada foi captada às 00:50 UTC pelo MeerTRAP, um sistema que procura sinais breves. A detecção fez o MeerTRAP salvar 300 milissegundos de dados brutos das 62 antenas em uso naquele momento, o suficiente para fixar a posição do clarão com precisão de cerca de meio segundo de arco: menos de 1/3.000 da largura da Lua cheia no céu.

Imagens profundas feitas do solo pelos telescópios Keck e MMT não mostraram nada ali. Depois, o instrumento NIRCam do Webb encontrou uma galáxia fraca a cerca de 0,3 segundo de arco da posição da rajada; pelos cálculos da equipe, a probabilidade de ela ser a hospedeira é de 97,5%. O espectrógrafo NIRSpec do Webb mediu a luz do hidrogênio e do oxigênio dessa galáxia e obteve um desvio para o vermelho de 2,148: a luz visível que ela emite chega até nós já no infravermelho, com o comprimento de onda esticado até cerca do triplo do original.

Por que a distância importa: pesar o gás entre as galáxias

Mais de três quartos da matéria comum do Universo são gás difuso, entre as galáxias e ao redor delas, rarefeito demais para ser visto. Comparar a medida de dispersão de uma rajada com a sua distância permite pesar esse gás. Em 2020, a equipe de Jean-Pierre Macquart fez isso com um punhado de rajadas, e a quantidade de matéria comum encontrada coincidiu com o que as medições do Universo primordial preveem. Com FRB 20240304B, o método é estendido a um trajeto que cobre cerca de 80% da história cósmica.

O sinal atravessou mais elétrons livres do que o normal para um trajeto desse comprimento. A equipe atribuiu cerca de metade desse excesso a duas estruturas na linha de visada: o Aglomerado de Virgem, a cerca de 54 milhões de anos-luz, e um grupo de galáxias até então desconhecido, com desvio para o vermelho de 0,31. O pulso também chegou muito alargado no tempo, provavelmente em grande parte por efeito do gás da galáxia hospedeira, e a equipe conclui que os levantamentos atuais deixam escapar toda uma população de rajadas alargadas como esta.

O que produz as rajadas continua sendo uma questão em aberto

Dois tipos de fonte são os principais candidatos. Pares de estrelas de nêutrons devem levar bilhões de anos para se aproximar em espiral e se fundir, de modo que as fusões deveriam ser mais comuns em galáxias velhas. Um magnetar — uma estrela de nêutrons jovem com um campo magnético extremamente intenso — pode se formar poucos milhões de anos depois de um surto de formação de estrelas, e por isso seria mais comum em galáxias que ainda formam estrelas. A maioria das hospedeiras de FRBs conhecidas são galáxias grandes com formação de estrelas; a da FRB 20240304B tem cerca de um milésimo da massa esperada e forma estrelas tão depressa que, no ritmo atual, poderia ter produzido todas as suas estrelas em cerca de 50 milhões de anos. Ou seja, suas estrelas são jovens, e por isso a equipe considera muito improvável que, neste caso, a rajada venha de uma fusão. Em 2020, um magnetar da nossa própria Galáxia, SGR 1935+2154, emitiu uma rajada de rádio parecida, cerca de 40 vezes mais fraca do que a mais fraca já vista vinda de fora da Galáxia.

Mas em 2022 uma FRB que se repete foi localizada num aglomerado globular da galáxia M81: uma bola densa de estrelas muito velhas, onde não deveriam se formar magnetares jovens. Ainda não se sabe se as rajadas únicas e as que se repetem têm a mesma causa.

Nada disso pode ser visto com equipamento amador: o clarão durou milissegundos e a galáxia hospedeira é fraca demais. Ela fica na constelação de Virgem, cerca de 12 graus ao norte do equador celeste, uma região visível dos dois hemisférios, exceto do extremo sul.