Представьте вспышку, которая длилась меньше мгновения, но ее след путешествовал по Вселенной более десяти миллиардов лет. Пока радиоволны летели к Земле, рождались и погибали звезды, сформировалась Солнечная система. Теперь астрономы поймали этот сигнал и установили, из какой галактики он пришел. Открытие FRB 20240304B отодвинуло границу наблюдений к эпохе, когда Вселенной было всего около трех миллиардов лет.
Быстрые радиовсплески, или FRB, — чрезвычайно короткие импульсы радиоизлучения. Обычно они длятся миллисекунды, однако за это время высвобождают колоссальную энергию. Большинство регистрируется один раз, хотя некоторые источники вспыхивают повторно. Их нельзя увидеть глазами: радиоантенны фиксируют резкое усиление сигнала. Главная загадка — какой объект способен породить столь мощный и кратковременный импульс.
Новый рекордсмен был зарегистрирован 4 марта 2024 года проектом MeerTRAP на южноафриканском радиотелескопе MeerKAT. Сеть антенн позволила уловить радиовсплеск и точно определить его положение на небе. Уже радиоданные указывали на необычайную удаленность источника. Однако одной вспышки недостаточно, чтобы надежно установить расстояние: требовалось найти родную галактику.
Здесь возникла трудность. Даже крупнейшие наземные телескопы не смогли разглядеть убедительный источник в нужной точке. Тогда команда Маниши Калеб и Темии Нанаяккары из Сиднейского университета обратилась к космическому телескопу Джеймса Уэбба. Его инфракрасная камера обнаружила слабую галактику, а спектрограф измерил красное смещение — величину, показывающую, насколько растянулись световые волны при расширении Вселенной.
Красное смещение составило 2,148. Это означает, что мы видим галактику такой, какой она была примерно через три миллиарда лет после Большого взрыва. Свет и радиоволны от нее добирались до нас более десяти миллиардов лет. Важно не путать время путешествия сигнала с сегодняшним расстоянием: пока излучение летело, пространство продолжало расширяться. По достигнутому красному смещению этот радиовсплеск превзошел прежние рекорды.
Но неожиданность заключалась не только в расстоянии. Галактика оказалась маленькой, неоднородной и активно образующей новые звезды. Кроме того, она бедна тяжелыми химическими элементами, которые астрономы называют металлами. Это не означает полного отсутствия железа или кислорода: их доля просто сравнительно невелика. Такая среда напоминает ранние этапы химического развития галактик.
Почему это важно? Один из ведущих кандидатов на роль источника FRB — магнетар, нейтронная звезда с исключительно сильным магнитным полем. Магнетары могут образовываться после гибели массивных звезд, а значит, связаны с активным звездообразованием. Молодая галактика, где быстро рождаются звезды, согласуется с этим сценарием. Однако ученые не увидели сам магнетар и пока не исключили другие объяснения.
У открытия есть и другая сторона: радиовсплеск служит зондом невидимого газа. На пути к Земле радиоволны проходят через разреженную ионизованную материю между галактиками. Свободные электроны задерживают низкочастотные составляющие сигнала сильнее высокочастотных. По величине этой задержки, называемой мерой дисперсии, астрономы оценивают суммарное количество электронов вдоль пути радиоволн.
Это ценно, потому что значительную часть обычного вещества во Вселенной трудно увидеть напрямую. Речь не о темной материи, а о протонах и электронах, рассеянных в горячем разреженном газе. Такой газ может почти не светиться, но оставляет отпечаток в проходящем радиоимпульсе. Получается, вспышка из далекой галактики помогает исследовать пространства, которые сами по себе выглядят пустыми.
Конечно, сигнал не рассказывает, где находился каждый электрон. На задержку влияют вещество в галактике-источнике, межгалактический газ и наша собственная Галактика. Поэтому нужны точные расстояния до множества FRB и модели распределения плазмы. Особенность нового события в том, что оно позволяет изучать такой путь в гораздо более ранней Вселенной. Линия зрения проходит через скопление Девы и другую группу галактик, усложняя интерпретацию.
Открытие расширяет поиск ответа на вопрос, когда появились источники быстрых радиовсплесков. Мы теперь знаем, что они существовали уже в эпоху интенсивного звездообразования, задолго до возникновения Солнца. Но одна вспышка не доказывает, что их тогда было больше или что все они рождались одинаково. Для выводов астрономам понадобится гораздо больше сигналов с надежно установленными галактиками-хозяевами.
Работа в журнале Science показывает, насколько полезно объединять радиотелескопы и инфракрасные наблюдения. MeerKAT обнаружил мгновенный импульс, а телескоп Уэбба нашел его почти невидимую галактику и помог измерить расстояние. Впереди поиск еще более древних вспышек — возможно, времен первых поколений звезд. Чем дальше удастся заглянуть в прошлое, тем подробнее короткие космические сигналы расскажут о веществе и галактиках молодой Вселенной.
А затем «Добавить на главный экран».
