SkyFlux
«Уэбб» нашёл родительскую галактику самого далёкого быстрого радиовсплеска
Опубликовано · Обновлено
4 марта 2024 года южноафриканский радиотелескоп MeerKAT зарегистрировал радиовсплеск длительностью в несколько миллисекунд; по дате регистрации он получил обозначение FRB 20240304B. Найти галактику, откуда он пришёл, смог только космический телескоп «Джеймс Уэбб». Это молодая карликовая галактика, которую мы видим такой, какой она была через 3 миллиарда лет после Большого взрыва, — самая далёкая из всех найденных до сих пор родительских галактик быстрых радиовсплесков.
Вспышка длительностью в миллисекунды
Быстрые радиовсплески (по-английски FRB) — импульсы радиоволн длительностью в миллисекунды, которые приходят к нам из других галактик. Первый такой всплеск нашли в 2007 году в архивных данных обзора пульсаров. Большинство всплесков зарегистрированы только один раз, повторяющиеся составляют меньшинство.
По пути к нам каждый импульс проходит сквозь разреженный ионизованный газ, и радиоволны низких частот запаздывают в нём сильнее, чем волны высоких частот. По этой задержке астрономы вычисляют меру дисперсии — по сути, число свободных электронов на всём пути сигнала. У FRB 20240304B она оказалась необычно большой, что говорит в пользу очень далёкого источника. Однако её могут увеличить и плотный газ вблизи источника, и скопления галактик, лежащие на пути. Вопрос о расстоянии решает только красное смещение родительской галактики.
От радиокоординат к красному смещению
MeerKAT — радиоинтерферометр из 64 антенн-тарелок, расставленных на участке поперечником 8 км. Всплеск в 00:50 UTC зарегистрировала система MeerTRAP, которая ведёт поиск коротких сигналов. Обнаружив его, MeerTRAP сохранила необработанные данные за 300 миллисекунд с 62 антенн, работавших в тот момент. Этого хватило, чтобы определить положение сигнала с точностью примерно до половины угловой секунды — это меньше трёхтысячной доли видимого поперечника полной Луны.
На глубоких снимках, полученных наземными телескопами Кека и MMT, в этом месте ничего не нашлось. Затем камера NIRCam телескопа «Уэбб» обнаружила тусклую галактику примерно в 0,3 угловой секунды от места всплеска; по расчётам авторов, вероятность того, что именно в ней родился всплеск, составляет 97,5%. Спектрограф NIRSpec, также установленный на «Уэббе», зарегистрировал в спектре этой галактики линии водорода и кислорода, по которым удалось определить красное смещение — 2,148: длины волн видимого света галактики увеличились примерно втрое, и до нас этот свет доходит уже в инфракрасном диапазоне.
Почему важно расстояние: как взвесить газ между галактиками
Больше трёх четвертей обычного вещества во Вселенной приходится на газ между галактиками и вокруг них — настолько разреженный, что его не видно. Если сравнить меру дисперсии всплеска с расстоянием до него, этот газ можно взвесить. В 2020 году группа Жан-Пьера Маккуорта проделала это для нескольких всплесков, и найденное количество обычного вещества совпало с оценкой, полученной по наблюдениям ранней Вселенной. Благодаря FRB 20240304B метод удаётся применить к сигналу, который шёл к нам около 80% всей истории Вселенной.
На пути сигнала оказалось больше свободных электронов, чем обычно бывает на таком расстоянии. Примерно половину избытка авторы связали с двумя структурами на луче зрения: со скоплением Девы, которое находится примерно в 54 миллионах световых лет от нас, и с ранее неизвестной группой галактик на красном смещении 0,31. Кроме того, импульс пришёл сильно растянутым во времени — вероятно, в основном из-за газа родительской галактики. Авторы делают вывод, что нынешние обзоры неба пропускают целую популяцию таких же растянутых всплесков.
Что порождает всплески, пока неизвестно
Главных кандидатов в источники два. Двойные нейтронные звёзды, по расчётам, сходятся по спирали и сливаются лишь через миллиарды лет, поэтому слияния следует ожидать скорее в старых галактиках. Магнетар — молодая нейтронная звезда с чрезвычайно сильным магнитным полем — может появиться уже через несколько миллионов лет после вспышки звездообразования, поэтому магнетары скорее встретятся в галактиках, где звёзды ещё рождаются. Большинство известных родительских галактик FRB — крупные галактики с активным звездообразованием. У родительской галактики FRB 20240304B масса примерно в тысячу раз меньше ожидаемой, а звёзды в ней образуются так быстро, что при нынешнем темпе она могла бы набрать всю свою звёздную массу примерно за 50 миллионов лет: её звёзды молоды. Поэтому авторы считают слияние нейтронных звёзд в этом случае очень маловероятным. В 2020 году магнетар SGR 1935+2154 в нашей Галактике испустил похожий радиовсплеск, примерно в 40 раз слабее самого слабого из внегалактических.
Однако в 2022 году источник повторяющегося FRB нашли в шаровом скоплении, принадлежащем галактике M81, — плотном рое очень старых звёзд, где молодые магнетары возникать не должны. Есть ли у однократных и повторяющихся всплесков общая причина, пока не выяснено.
В любительский телескоп ничего из этого не увидеть: вспышка длилась миллисекунды, а родительская галактика чересчур тусклая. Галактика находится в созвездии Девы, примерно в 12 градусах к северу от небесного экватора; эта область неба видна из обоих полушарий, кроме самых южных широт.
Источники и лицензии
- Научный пресс-релиз ESA/Webb weic2621 (8 октября 2026 года) — Обнаружение системой MeerTRAP на MeerKAT 4 марта 2024 года, безуспешные поиски наземными телескопами, NIRCam и NIRSpec, красное смещение 2,148, 3 миллиарда лет после Большого взрыва, родительская галактика в 1000 раз менее массивная, чем ожидалось, доводы «слияние или магнетар», скопление Девы в 54 миллионах световых лет и скопление или группа галактик на красном смещении 0,3. Авторство текста: ESA/Webb. https://esawebb.org/news/weic2621/
- Изображение ESA/Webb weic2621a — Главное изображение и строка с указанием авторов. Лицензия CC BY 4.0 согласно https://esawebb.org/copyright/ . https://esawebb.org/images/weic2621a/
- Caleb, Nanayakkara, Stappers et al., Science (8 октября 2026 года), «A fast radio burst at redshift 2, three billion years after the Big Bang» — Красное смещение 2,148, родительская галактика малой массы с активным звездообразованием, около 80% космической истории на пути сигнала, сильное рассеяние, указывающее на необнаруженные всплески. https://doi.org/10.1126/science.adz2675 . Подробности (устройство MeerKAT, буфер 300 мс с 62 антенн, локализация 0,28 × 0,48 угловой секунды, отсутствие источника на снимках Кека и MMT, смещение 0,3 угловой секунды, вероятность связи 97,5%, скопление Девы и группа галактик на z = 0,31, около 100 родительских галактик с измеренным красным смещением, в основном меньше 0,5) взяты из препринта: https://arxiv.org/abs/2508.01648 Опубликованный текст в Science доступен только по подписке, и целиком мы его не читали; значения из препринта могут немного отличаться от окончательной версии.
- Lorimer et al., Science 318 (2007), «A Bright Millisecond Radio Burst of Extragalactic Origin» — Первый быстрый радиовсплеск, найденный в архивных данных обзора пульсаров. https://doi.org/10.1126/science.1147532
- Macquart et al., Nature 581 (2020), «A census of baryons in the Universe from localized fast radio bursts» — Больше трёх четвертей барионов находится в разреженном газе; плотность барионов, полученная по дисперсии FRB, согласуется со значениями для ранней Вселенной. https://arxiv.org/abs/2005.13161
- Bochenek et al., Nature 587 (2020), «A fast radio burst associated with a Galactic magnetar» — Радиовсплеск от SGR 1935+2154 28 апреля 2020 года. https://arxiv.org/abs/2005.10828
- Kirsten et al., Nature 602 (2022), «A repeating fast radio burst source in a globular cluster» — FRB 20200120E в шаровом скоплении системы M81, что ставит под сомнение модели с молодыми магнетарами. https://arxiv.org/abs/2105.11445
