Najdalszy szybki błysk radiowy jest starszy niż Ziemia i podwaja rekord odległości

Szybki błysk radiowy — rozbłysk fal radiowych trwający kilka tysięcznych sekundy — opuścił swoje źródło, gdy Wszechświat miał około 3 miliardów lat, i dotarł do teleskopu w RPA ponad 10 miliardów lat później. To najdalszy szybki błysk radiowy, jakiemu udało się przypisać galaktykę macierzystą; jego odległość jest ponad dwukrotnie większa niż poprzedniego rekordzisty. Błysk wyruszył w drogę ponad 5 miliardów lat przed uformowaniem się Ziemi.

Niespodzianka pojawiła się, gdy Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba ustalił, skąd pochodzi. Astronomowie spodziewali się dużej, dojrzałej galaktyki. Tymczasem źródło to słaba galaktyka karłowata, około 1000 razy mniej masywna, niż zakładał zespół, która, jak się wydaje, zbudowała większość swoich gwiazd w krótkim, gwałtownym zrywie. Ta mała, młoda galaktyka jest obecnie jedną z najmocniejszych wskazówek dotyczących tego, co wytwarza te błyski.

Wykryto tysiące szybkich błysków radiowych, ale tylko około stu udało się powiązać z konkretną galaktyką i prawie wszystkie z nich znajdują się stosunkowo blisko nas. Nowy błysk, skatalogowany jako FRB 20240304B, przesuwa tę mapę w najbardziej intensywny okres powstawania gwiazd w historii kosmosu.

Polecana lekturaKosmiczny wodór z 5 miliardów lat świetlnych czekał w danych MeerKAT od 2018 roku

„To, co czyni szybkie błyski radiowe interesującymi, to fakt, że nie wiemy, co je generuje” – powiedziała Manisha Caleb z Uniwersytetu w Sydney, która kierowała badaniami. „Mamy teorie na temat obiektów, które je wytwarzają, ale nie mamy rozstrzygających dowodów”.

Jak radioteleskop i Webb odnaleźli galaktykę, której nikt nie widział

Błysk przechwycił MeerKAT, układ 64 radioteleskopów w regionie Karoo w RPA. System poszukiwań o nazwie MeerTRAP, kierowany przez Bena Stappersa z Uniwersytetu w Manchesterze, skanuje jego dane w czasie rzeczywistym w poszukiwaniu pojedynczych jasnych impulsów. Ten błysk był ponad 100 razy silniejszy od szumu tła, a układ określił jego pozycję z dokładnością do ułamka sekundy kątowej w gwiazdozbiorze Lwa.

Pierwszą wskazówkę co do odległości dał sam sygnał. Fale radiowe przechodzące przez rozrzedzony gaz między galaktykami nieco zwalniają, a niższe częstotliwości zwalniają bardziej, dlatego błysk dociera jako przeciągnięcie od wysokich do niskich częstotliwości. Astronomowie nazywają wielkość tego opóźnienia miarą dyspersji. W tym przypadku wynosiła ona około 2458 jednostek – znacznie więcej niż w większości znanych błysków – i świadczyła o tym, że sygnał przeszedł przez ogromną kolumnę gazu.

Ta liczba daje tylko przybliżoną odległość. Rzeczywista wymaga galaktyki macierzystej i jej widma. Archiwalne przeglądy nieba nie wykazały niczego w tej pozycji. Nie pomogła też godzina głębokich obserwacji teleskopem Keck I na Hawajach ani zdjęcia w podczerwieni z obserwatorium MMT w Arizonie. Galaktyka była zbyt słaba dla największych teleskopów naziemnych.

Zespół poprosił więc o czas na Webbie. Jego kamera bliskiej podczerwieni dostrzegła plamkę o jasności 28 mag około 0,3 sekundy kątowej od pozycji błysku, a test statystyczny dał 97,5% prawdopodobieństwa, że błysk pochodzi właśnie stamtąd. Spektrograf bliskiej podczerwieni Webba uchwycił następnie światło świecącego wodoru i tlenu w galaktyce, rozciągnięte przez ekspansję Wszechświata do przesunięcia ku czerwieni 2,148. To umieszcza błysk w okresie, który astronomowie nazywają kosmicznym południem, gdy galaktyki formowały gwiazdy szybciej niż kiedykolwiek przedtem i potem.

Co rekord oznacza w liczbach

Poprzedni rekordzista, błysk przechwycony przez australijski teleskop ASKAP, miał przesunięcie ku czerwieni około 1,016, a jego światło podróżowało mniej więcej 8 miliardów lat. Nowy błysk ponad dwukrotnie zwiększa to przesunięcie. Jak ujmuje to artykuł, sygnał „sonduje zjonizowany gaz przez około 80% historii kosmosu”.

Energia błysku znajduje się w górnej części zakresu obserwowanego dla tych zjawisk. Sky & Telescope ujął to w przystępny sposób: więcej energii niż Słońce wypromieniowuje w ciągu roku, upakowane w błysku krótszym niż mrugnięcie okiem.

Galaktyka macierzysta jest najdziwniejszą częścią. Szacunki zespołu wskazują, że jej masa gwiazdowa jest rzędu 10 milionów mas Słońca, co stanowi zaledwie ułamek gwiazd Drogi Mlecznej. Jej gaz zawiera jedynie około 10–20% zawartości pierwiastków cięższych od helu, jaką ma Słońce, a gwiazdy powstają w niej znacznie szybciej, niż normalnie robi to galaktyka tej wielkości. Naukowcy szacują, że większość jej gwiazd mogła powstać w ciągu około 30 milionów lat.

„Myśleliśmy, że to będzie duża, dobrze uformowana galaktyka z mnóstwem gwiazd” – powiedziała Caleb. Stappers był bardziej dosadny: „Galaktyka macierzysta odstaje od całej próbki galaktyk, które mamy. I to nie było to, czego się spodziewaliśmy”.

Dlaczego mała, młoda galaktyka wskazuje na jednego sprawcę

Dwie główne hipotezy przewidują różne miejsca, w których błyski powinny się pojawiać. Jedna mówi, że pochodzą one od magnetarów – gwiazd neutronowych o polach magnetycznych miliardy razy silniejszych od najsilniejszych magnesów zbudowanych na Ziemi, powstających, gdy masywne gwiazdy zapadają się. Magnetary tworzą się w ciągu kilku milionów lat od gwiazd, które je produkują. Druga hipoteza zakłada, że niektóre błyski pochodzą ze zderzeń gwiazd neutronowych, które mogą potrzebować miliardów lat, by spiralnie się do siebie zbliżyć, i dlatego występują częściej w starszych galaktykach.

Galaktyka, która uformowała się w kilkadziesiąt milionów lat, pozostawia niewiele miejsca dla tej wolnej opcji. „Nasze badania sugerują, że jest bardzo mało prawdopodobne, aby ten FRB powstał w wyniku połączenia” – powiedziała Caleb. Gaz ubogi w metale zwykle sprzyja też powstawaniu większej liczby bardzo masywnych gwiazd, czyli tych, które pozostawiają po sobie magnetary. W naszej galaktyce magnetar SGR J1935+2154 wytworzył już słabe błyski tego samego rodzaju.

Sygnał niósł również zapis wszystkiego, przez co przeszedł. Jego droga przecina Gromadę w Pannie, ogromną grupę galaktyk oddaloną o około 54 miliony lat świetlnych, i przebiega blisko nieznanej wcześniej grupy galaktyk o przesunięciu ku czerwieni 0,31, około 3,5 miliarda lat świetlnych od nas. Zespół szacuje, że te dwie struktury odpowiadają za większość dodatkowego opóźnienia sygnału.

Czego to nie rozstrzyga

Jeden błysk to jeden punkt danych. Związek z magnetarami to najbardziej naturalna interpretacja tej galaktyki macierzystej, ale naukowcy podkreślają, że to nie dowód i że nie oznacza, iż każdy szybki błysk radiowy ma to samo pochodzenie.

Właściwości galaktyki obarczone są dużymi niepewnościami. Jej masa, zawartość metali i historia powstawania gwiazd to szacunki modelowe oparte na kilku zdjęciach z Webba i jednym widmie obiektu na granicy wykrywalności. Bardzo niewiele tak słabych galaktyk macierzystych błysków przebadano w jakiejkolwiek odległości, więc trudno stwierdzić, czy ta galaktyka jest nietypowa, czy po prostu pierwszą z rodzaju, który wcześniejsze przeglądy przeoczyły.

Zespół przekonuje, że odkrycie nie było dziełem przypadku. MeerKAT jest obecnie jedynym instrumentem do polowania na błyski na tyle czułym, aby sięgać tak daleko, a naukowcy przewidują, że około 6,3% błysków w jego głównym przeglądzie powinno pochodzić z odległości o przesunięciu ku czerwieni większym niż 2. Dopiero kolejne wykrycia to sprawdzą. „Każda wielka kolekcja zaczyna się od jednego okazu” – powiedział Joeri van Leeuwen z Holenderskiego Instytutu Radioastronomii, który nie brał udziału w pracach.

Najczęstsze pytania dotyczące najdalszego szybkiego błysku radiowego

Co to jest szybki błysk radiowy?

Szybki błysk radiowy to rozbłysk fal radiowych trwający kilka milisekund, który w najjaśniejszych przypadkach może nieść tyle energii, ile Słońce emituje w ciągu roku. Pierwszy odkryto w 2007 roku. Ich źródło wciąż jest przedmiotem debaty.

Jak daleko znajduje się najdalszy szybki błysk radiowy?

FRB 20240304B ma przesunięcie ku czerwieni 2,148. Jego sygnał podróżował ponad 10 miliardów lat i opuścił swoją galaktykę, gdy Wszechświat miał około 3 miliardów lat. To ponad dwukrotność przesunięcia ku czerwieni poprzedniego rekordzisty.

Czy magnetary powodują szybkie błyski radiowe?

Magnetary to najlepiej poparte wytłumaczenie, a młoda, gwiazdotwórcza galaktyka macierzysta tego błysku wzmacnia tę argumentację. Jednak żadne badanie nie dowiodło, że każdy błysk pochodzi z magnetara, a autorzy tego wyniku twierdzą, że wciąż nie ma rozstrzygających dowodów.

Co dalej

Błysk wykryto 4 marca 2024 roku, po raz pierwszy zaprezentowano go na konferencji w Montrealu w lipcu 2025 roku, a opublikowano w czasopiśmie „Science” 8 października 2026 roku. Zespół szacuje, że MeerKAT może znajdować i precyzyjnie lokalizować kilka błysków rocznie z odległości większej niż połowa drogi wstecz do Wielkiego Wybuchu, przy czym Webb będzie potrzebny do identyfikacji ich słabych galaktyk macierzystych. Teleskop średnich częstotliwości Square Kilometre Array, budowany obecnie w RPA, ma przesunąć te poszukiwania jeszcze dalej. Stappers jasno określił cel: „Następnym krokiem jest przesunięcie tej granicy dalej i sprawdzenie, jak blisko możemy dotrzeć do pierwszych pokoleń gwiazd”.

Referencja: Caleb i in., „A fast radio burst at redshift 2, three billion years after the Big Bang”, Science, 2026. DOI: 10.1126/science.adz2675

Tagi: astronomia, James Webb Space Telescope, magnetar, MeerKAT, FRB 20240304B, szybki błysk radiowy

Więcej podobnych

Zderzenie gwiazd neutronowych świeciło w promieniach rentgenowskich 10 minut, nie pół sekundy

JWST odkrywa: wczesne galaktyki kryją czterokrotnie więcej masy, niż dotąd mierzono

Jowisz rozpędza elektrony niemal do prędkości światła, tak jak supernowe

Najenergetyczniejsza cząstka-duch IceCube pochodziła z ukrytej w pyle fabryki gwiazd

Czarna dziura oddalona o 12 tys. lat świetlnych kieruje swój dżet w stronę Ziemi

JWST odkrył gromadę galaktyk sprzed 10 miliardów lat zbyt gęstą jak na swój wiek