Tízmilliárd évvel ezelőtti rádiófelvillanás forrására bukkant a James Webb-űrtávcső

Minden eddiginél távolabbi gyors rádiókitörés szülőgalaxisát azonosították nemzetközi kutatók a James Webb-űrtávcső segítségével. A FRB 20240304B jelű felvillanás rádióhullámai több mint tízmilliárd éven át haladtak az űrben, mielőtt a Földre értek. A forrás az ősrobbanás után mindössze mintegy hárommilliárd évvel létező világegyetemben volt. A Science folyóiratban október 8-án bemutatott eredmény több mint kétszeresére növelte a korábban ilyen pontosan azonosított gyors rádiókitörések távolsági rekordját. A gyors rádiókitörések, vagyis az FRB-k néhány ezredmásodpercig tartó, rendkívül erős rádióimpulzusok. Rövid idejük ellenére olyan nagy energiát sugározhatnak ki, hogy hatalmas kozmikus távolságokból is észlelhetők. Elsőként 2007-ben számoltak be ilyen jelenségről, azóta több ezer kitörést találtak. Az eredetük még nem teljesen ismert, mert sok közülük egyszeri esemény: mire a csillagászok pontosabb vizsgálatba kezdenének, az impulzus már véget ért, és nem feltétlenül ismétlődik meg.

A most vizsgált jelet még 2024. március 4-én fogta a dél-afrikai MeerKAT rádiótávcső-rendszer a MeerTRAP kutatóprogram keretében. A mérések alapján a kutatók már ekkor arra következtettek, hogy kivételesen távoli forrással lehet dolguk. Bár a rádióadatok az égbolton pontosan kijelölték a jel helyét, a legnagyobb földi optikai távcsövek sem találtak ott azonosítható galaxist. A csoport ezért fordult a James Webb-űrtávcsőhöz, amelynek infravörös műszerei a távoli és halvány égitesteket is képesek vizsgálni. A rádiófelvillanás mindössze néhány ezredmásodpercig tartott, a jel mégis eljutott hozzánk a világegyetem korai korszakából. A Webb közeli infravörös kamerájával sikerült megpillantani a jel forrásánál egy apró galaxist, majd színképi mérésekkel a távolságát is meg lehetett határozni. A vizsgálat nem magát a több mint két éve észlelt rádiókitörést fényképezte le: az űrtávcső a kitörésnek otthont adó galaxist találta meg. Ez a különbség lényeges, mert a rádiójelet földi antennarendszer észlelte, a Webb pedig annak kozmikus környezetét és távolságát tisztázta.

Egy meglepően apró otthon

A kutatók számára az egyik legérdekesebb eredmény az, hogy a jel nem egy hatalmas, idős csillagvárosból érkezett. A megfigyelések szerint a forrás egy viszonylag kicsi, fiatal törpegalaxis, amelyben intenzív csillagkeletkezés zajlik. Ez arra utalhat, hogy a gyors rádiókitörésekhez szükséges körülmények már röviddel a galaxisok és csillagpopulációk kialakulása után létrejöhetnek. Az eredmény ezért a kitörések keletkezésére javasolt elméletek szempontjából is jelentős. A gyors rádiókitörések lehetséges forrásai között gyakran szerepelnek a magnetárok, vagyis a rendkívül erős mágneses térrel rendelkező neutroncsillagok. Egyes ismert kitörések esetében valóban találtak összefüggést ilyen csillagmaradványokkal, de az összes FRB-re nincs egységesen bizonyított magyarázat. A távoli törpegalaxis az egyik lehetséges keletkezési környezetet segít megérteni: ha a jel fiatal csillagpopulációhoz kapcsolódik, akkor bizonyos források viszonylag gyorsan kialakulhatnak a csillagkeletkezés után.

A James Webb ezúttal nem magát az eltűnt rádiójelet figyelte meg, hanem azt a halvány galaxist, amelyben a kitörés megszületett. A gyors rádiókitöréseknek további tudományos hasznuk is van. Amikor egy erős rádióimpulzus áthalad a galaxisok közötti ritka gázon, különböző frekvenciái kis mértékben eltérő sebességgel érkezhetnek meg a műszerekhez. A kutatók ebből következtethetnek az útvonal mentén található ionizált anyag mennyiségére. Az FRB-k ezért nemcsak a kitöréseket létrehozó égitestekről, hanem a láthatatlan, ritka kozmikus anyagról is információt hordozhatnak. A mérési lehetőség annál értékesebb, minél több kitörést lehet ismert távolságú galaxisokhoz kötni. Egyetlen rekordtávoli esemény önmagában még nem rajzolja meg a világegyetem anyageloszlását, de fontos adatponttal egészíti ki az eddigi megfigyeléseket. A dél-afrikai rádiórendszer és a Webb közös alkalmazása olyan kutatási módszert mutat, amelyben a földi teleszkópok felfedezik a pillanatnyi jelet, az űrbeli berendezések pedig később vizsgálják annak környezetét.

Üzenet a korai világegyetemből

A James Webb-űrtávcső infravörös érzékenysége nélkül ennek a galaxisnak az azonosítása különösen nehéz lett volna. A világegyetem tágulása miatt a nagyon távoli égitestek fénye a hosszabb hullámhosszak felé tolódik, így a földi optikai vizsgálatoknak több akadállyal kell szembenézniük. A Webb eredménye ezért arra is példa, hogy a nagy nemzetközi műszerek összehangolt használatával olyan jelenségek vizsgálhatók, amelyeket külön-külön egyik megfigyelési módszer sem tudna teljesen feltárni. A kutatók egyelőre nem állítják, hogy megfejtették a gyors rádiókitörések minden titkát. A mostani rekord inkább azt bizonyítja, hogy a jelenség már a világegyetem fiatal korában is jelen volt, és egészen kicsi galaxisokban is létrejöhetett. A további megfigyelésekből derülhet ki, mennyire jellemző ez a környezet más, hasonlóan távoli impulzusokra. A FRB 20240304B így egyetlen rövid villanás révén nyitott új vizsgálati lehetőséget a kozmikus múlt felé.