Medidas Webb Distancia a la bifurcación de radio rápido más lejano, origen sugerido

La NIRCam del telescopio espacial James Webb de la NASA (Cámara infrarroja) pudo detectar la galaxia anfitriona de la ráfaga rápida llamada FRB 20240304B, cuya ubicación es mostrada por la cruz blanca. Encontraron que es una pequeña galaxia enana formando activamente estrellas.

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Image: NASA, ESA, CSA, STScI, Themiya Nanayakkara (USYD); Image Processing: Joseph DePasquale (STScI)

Primero descubierta en 2007, las ráfagas rápidas de radio son flashes enigmáticos, millisecond-long de emisión de radio del universo distante. Su origen sigue siendo incierto, sobre todo porque la mayoría se ve una y nunca más. Los astrónomos que utilizan el telescopio espacial James Webb de la NASA han señalado la galaxia anfitriona de la explosión de radio rápida más distante (FRB) vista hasta la fecha. Su hallazgo tiene implicaciones para qué tipo de evento energético crea estas ráfagas.

“Lo que hace que las ráfagas rápidas sean interesantes es que no sabemos lo que las genera. Tenemos teorías para lo que los objetos los producen, pero no tenemos pruebas concluyentes”, dijo Manisha Caleb de la Universidad de Sydney, autor principal del estudio publicado el jueves en la revista Ciencia.

El equipo MeerTRAP utilizó el telescopio MeerKAT para detectar la explosión el 4 de marzo de 2024, lo que llevó a su designación como FRB 20240304B. Los datos de radio de esta explosión sugirieron que era extremadamente distante, posiblemente el más distante visto hasta la fecha. Para confirmar esa distancia, los astrónomos tendrían que estudiar su galaxia anfitriona. Aunque sabían la ubicación del FRB con mucha precisión, los telescopios terrestres más grandes del mundo no podían ver ninguna galaxia en ese lugar en el cielo. Como resultado, el equipo se dirigió al telescopio Webb.

Imagen: FRB 20240304B (NIRCam Imagen)

Imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, Themiya Nanayakkara (USYD); Procesamiento de imágenes: Joseph DePasquale (STScI)

El instrumento NIRCam (Cámara infrarroja) de Webb detectó una galaxia en la ubicación correcta, y su instrumento NIRSpec (Espectrógrafo infrarrojo cercano) proporcionó una medición precisa de la galaxia redshift: 2.148, correspondiente a un tiempo apenas 3 mil millones de años después del Big Bang. La gran mayoría de los FRB detectados hasta la fecha ocurrieron miles de millones de años más tarde en la historia cósmica.

El equipo descubrió que la galaxia anfitriona de FRB 20240304B no era típica de otras galaxias con FRB. La mayoría de las galaxias FRB son galaxias formadoras de estrellas masivas, pero la galaxia que encontraron fue 1000 veces menos masiva de lo que esperaban.

“Pensamos que sería una galaxia grande, bien formada con un montón de estrellas, y en cambio era una pequeña galaxia enana, aunque estaba formando activamente estrellas”, dijo Caleb.

“El anfitrión se pega en toda la muestra de galaxia que tenemos. Y definitivamente no era lo que esperábamos”, dijo Ben Stappers de la Universidad de Manchester, Reino Unido, un coautor del periódico. “Esta combinación de utilizar el proyecto MeerTRAP en el telescopio MeerKAT para descubrir y localizar estas ráfagas distantes y Webb para estudiar sus anfitriones es muy emocionante. ”

La galaxia existía a la altura de “mediodía cósmico” – un período en la historia del universo cuando la formación estelar estaba en su pico. La tasa de formación estelar de la galaxia sugería que la mayoría de sus estrellas podrían haberse formado en tan solo 30 millones de años.

Esto tiene implicaciones importantes para el origen de ráfagas rápidas. Una teoría sugiere que los FRB pueden originarse de la fusión de dos estrellas de neutrones. Sin embargo, se espera que el proceso de órbita de estrellas de neutrones se aproxime gradualmente hasta que collide lleve miles de millones de años. Como resultado, se espera que las FRB estén asociadas con galaxias antiguas que contienen poblaciones estelares más evolucionadas.

Una segunda teoría propone que una FRB puede originarse de una estrella de neutrones única, joven y altamente magnética conocida como magnetar a través de un mecanismo como terremotos. En ese caso, una vez que una estrella masiva explote como supernova y deja detrás de un magnetar, un FRB podría ocurrir relativamente rápidamente sin demoras prolongadas. Como resultado, se espera que las FRB también se encuentren en galaxias más jóvenes como el anfitrión de FRB 20240304B.

“Nuestro trabajo sugiere que es muy poco probable que este FRB fuera producido por una fusión”, dijo Caleb.

“Nuestros resultados muestran además la increíble capacidad de Webb donde podemos empujar límites más allá de lo que antes era posible”, dijo el coautor Themiya Nanayakkara de la Universidad de Sydney, Australia.

Además de ser un registrador, el nuevo FRB permitió al equipo aprender más sobre los miles de millones de años luz de espacio aparentemente vacío entre la explosión y la Tierra.

“Una ráfaga rápida es casi como una linterna cósmica. Se ilumina todo a lo largo del camino. Lleva una impresión de todo lo que pasa, por lo que puedes utilizarla para rastrear la ‘red cósmica’ – la materia y las estructuras invisibles que encuentra a lo largo del camino”, dijo el coautor J. Xavier Prochaska de la Universidad de California, Santa Cruz.

El equipo encontró la huella de dos estructuras cósmicas en la señal de la FRB – un cúmulo de galaxias previamente desconocido en un redshift de 0.3 (unos 3,5 mil millones de años luz de la Tierra), y el cercano cúmulo de Virgo, que se encuentra a unos 54 millones de años luz de la Tierra.

Imagen: Más rápido Radio Anfitrión de Burst Galaxy Spectrum

A graphic titled “Fast Radio Burst Host Galaxy; Most Distant Fast Radio Burst; NIRSpec Integral Field Spectroscopy.” A graph plots brightness of light versus wavelength. The y axis is labeled brightness with an up arrow labeled brighter and a down arrow labeled dimmer. The x axis is labeled “Wavelength of Light, microns” and goes from 1.0 to 5.0 with tickmarks every 0.5 microns. A jagged white line slopes downward from left to right between 1.0 and 2.5 microns, and is mostly flat beyond that. A prominent peak at 1.6 microns is labeled Oxygen with a transparent blue vertical band. Another peak at 2.1 microns is labeled Hydrogen with a transparent red vertical band. At upper right, a box contains text reading “Redshift = 2.148”.

Los astrónomos que utilizaron el telescopio espacial James Webb de la NASA pudieron estudiar la galaxia anfitriona de la radio rápida más conocida (FRB). Ellos confirmaron que tiene un recubrimiento cosmológico de 2.148 y que la FRB ocurrió sólo 3 mil millones de años después de la gran explosión.

Ilustración: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI); Ciencia: Manisha Caleb (SIfA)

En el futuro, el equipo está entusiasmado con el potencial de descubrir FRBs más distantes. Estiman que el telescopio MeerKAT puede ser capaz de detectar y localizar varias FRBs al año en un redshift superior a 1.0, lo que significa que existieron más de la mitad de regreso al comienzo del universo. A medida que otras nuevas instalaciones e instrumentos de radiotelescopio vienen en línea, ese ritmo de descubrimiento puede crecer. El telescopio Webb será esencial para caracterizar esas galaxias anfitrionas distantes.

El telescopio espacial James Webb es el principal observatorio mundial de ciencias espaciales. Webb está resolviendo misterios en nuestro sistema solar, mirando más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas, y probando las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional dirigido por la NASA con sus socios, ESA (Agencia Espacial Europea) y CSA (Agencia Espacial Canadiense).

Para obtener más información sobre Webb, visite:

https://science.NASA.gov/webb

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FRB 20240304B (NIRCam Image)

Más rápido Radio Anfitrión de Burst Galaxy Spectrum

Image titled “James Webb Space Telescope, FRB 20240304B”. A field full of small galaxies of all shapes against the blackness of space. A few bright white stars show 8 prominent diffraction spikes. A small galaxy at lower right is highlighted with a white box. A shaded triangle extends upward to the corners of a larger box showing a zoom in of the region. Two fuzzy, light blue blobs are at center, with a larger and brighter one at top. Just above the top blob is a white crosshair showing the location where a fast radio burst was detected. At bottom right, a compass arrow shows north pointing to one o’clock and east pointing to 10 o’clock. A label at bottom says “JWST NIRCam filters” with F200W in blue and F322W in orange.

FRB 20240304B (NIRCam Compass Image)

Esta imagen de la galaxia anfitriona de la explosión rápida de radio FRB 20240304B, capturada por la cámara infrarroja del telescopio espacial James Webb (NIRCam), muestra flechas de brújula, barra de escala y clave de color para referencia.