Webb mede a distância até a rajada rápida de rádio mais distante, sugerindo sua origem

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. — A NIRCam (Near-Infrared Camera) do James Webb Space Telescope, da NASA, conseguiu detectar a galáxia hospedeira da rajada rápida de rádio chamada FRB 20240304B, cuja localização é indicada pela cruz branca. Os pesquisadores descobriram que ela é uma pequena galáxia anã que forma estrelas ativamente.

Descobertas pela primeira vez em 2007, as rajadas rápidas de rádio são flashes enigmáticos de emissão de rádio, com duração de milissegundos, provenientes do universo distante. Sua origem continua incerta, especialmente porque a maioria é observada uma única vez e nunca mais. Astrônomos usando o James Webb Space Telescope, da NASA, identificaram a galáxia hospedeira da rajada rápida de rádio (FRB) mais distante já observada. A descoberta traz implicações sobre o tipo de evento energético que cria essas rajadas.

“O que torna as rajadas rápidas de rádio interessantes é que não sabemos o que as gera. Temos teorias sobre quais objetos as produzem, mas não temos provas conclusivas”, disse Manisha Caleb, da University of Sydney, autora principal do estudo publicado na quinta-feira na revista Science.

A equipe MeerTRAP usou o telescópio MeerKAT para detectar a rajada em 4 de março de 2024, levando à sua designação como FRB 20240304B. Os dados de rádio dessa rajada sugeriam que ela era extremamente distante, possivelmente a mais distante observada até o momento. Para confirmar essa distância, no entanto, os astrônomos precisariam estudar sua galáxia hospedeira. Embora conhecessem com grande precisão a localização da FRB, os maiores telescópios terrestres do mundo não conseguiam ver nenhuma galáxia naquele ponto do céu. Como resultado, a equipe recorreu ao telescópio Webb.

Imagem: FRB 20240304B (NIRCam Image)

O instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera) do Webb detectou uma galáxia na localização correta, e seu instrumento NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) forneceu uma medição precisa do desvio para o vermelho da galáxia: 2,148, correspondente a um período de apenas 3 bilhões de anos após o big bang. A grande maioria das FRBs detectadas até hoje ocorreu bilhões de anos mais tarde na história cósmica.

A equipe descobriu que a galáxia hospedeira da FRB 20240304B não era típica de outras galáxias com FRBs. A maioria das galáxias com FRBs são galáxias massivas formadoras de estrelas, mas a galáxia encontrada era 1.000 vezes menos massiva do que o esperado.

“Pensávamos que seria uma galáxia grande e bem formada, com muitas estrelas, mas, em vez disso, era uma pequena galáxia anã, embora estivesse formando estrelas ativamente”, disse Caleb.

“A hospedeira se destaca em toda a amostra de galáxias que temos. E definitivamente não era o que esperávamos”, disse Ben Stappers, da University of Manchester, no Reino Unido, coautor do artigo. “Essa combinação de usar o projeto MeerTRAP no telescópio MeerKAT para descobrir e localizar essas rajadas distantes e o Webb para estudar suas hospedeiras é muito empolgante.”
— A galáxia existia no auge do “
meio-dia cósmico

” — um período da história do universo em que a formação de estrelas atingiu seu pico. A taxa de formação estelar da galáxia sugeria que a maioria de suas estrelas pode ter se formado em apenas 30 milhões de anos.

Isso tem implicações importantes para a origem das rajadas rápidas de rádio. Uma teoria sugere que as FRBs podem se originar da fusão de duas estrelas de nêutrons. No entanto, espera-se que o processo em que estrelas de nêutrons orbitam umas às outras, aproximando-se gradualmente até colidirem, leve bilhões de anos. Como resultado, seria esperado que as FRBs estivessem associadas a galáxias mais antigas, contendo populações estelares mais evoluídas.

Uma segunda teoria propõe que uma FRB pode se originar de uma única estrela de nêutrons jovem e altamente magnética, conhecida como magnetar, por meio de um mecanismo semelhante a terremotos estelares. Nesse caso, depois que uma estrela massiva explode como uma supernova e deixa para trás um magnetar, uma FRB poderia ocorrer relativamente rápido, sem um grande intervalo de tempo. Como resultado, também seria esperado que as FRBs fossem encontradas em galáxias mais jovens, como a hospedeira da FRB 20240304B.

“Nosso trabalho sugere que é muito improvável que essa FRB tenha sido produzida por uma fusão”, disse Caleb.

“Nossos resultados também mostram a incrível capacidade do Webb, com a qual podemos ultrapassar limites além do que era possível anteriormente”, disse a coautora Themiya Nanayakkara, da University of Sydney, na Austrália.

Além de estabelecer um recorde, a nova FRB permitiu que a equipe aprendesse mais sobre os bilhões de anos-luz de espaço aparentemente vazio entre a rajada e a Terra.

“Uma rajada rápida de rádio é quase como uma lanterna cósmica. Ela ilumina tudo ao longo do caminho. Carrega uma marca de tudo por onde passa, então podemos usá-la para rastrear a ‘teia cósmica’ — a matéria e as estruturas que, de outra forma, seriam invisíveis e que ela encontra ao longo do caminho”, disse o coautor J. Xavier Prochaska, da University of California, Santa Cruz.

A equipe encontrou a marca de duas estruturas cósmicas no sinal da FRB — um aglomerado de galáxias anteriormente desconhecido, com desvio para o vermelho de 0,3 (a cerca de 3,5 bilhões de anos-luz da Terra), e o próximo Aglomerado de Virgo, localizado a cerca de 54 milhões de anos-luz da Terra.

Imagem: Farthest Fast Radio Burst Host 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”. — Astrônomos usando o James Webb Space Telescope, da NASA, conseguiram estudar a galáxia hospedeira da rajada rápida de rádio (FRB) conhecida mais distante. Eles confirmaram que ela tem um desvio para o vermelho cosmológico de 2,148 e que a FRB ocorreu apenas 3 bilhões de anos após o big bang. — Crédito: Ilustração: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI); Ciência: Manisha Caleb (SIfA)

No futuro, a equipe está animada com a possibilidade de descobrir mais FRBs distantes. Eles estimam que o telescópio MeerKAT possa detectar e localizar várias FRBs por ano com desvio para o vermelho superior a 1,0, o que significa que elas existiam quando havia transcorrido menos da metade do tempo desde o início do universo. À medida que outras novas instalações e instrumentos de telescópios de rádio entrarem em operação, esse ritmo de descobertas poderá aumentar. O telescópio Webb será essencial para caracterizar essas galáxias hospedeiras distantes.

O James Webb Space Telescope é o principal observatório espacial de ciência do mundo. Webb está solucionando mistérios em nosso sistema solar, observando além dele mundos distantes ao redor de outras estrelas e investigando as estruturas e origens misteriosas do nosso universo, assim como o nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA com seus parceiros, a ESA (European Space Agency) e a CSA (Canadian Space Agency).

Para saber mais sobre o Webb, visite:

https://science.nasa.gov/webb

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FRB 20240304B (NIRCam Image)

A NIRCam (Near-Infrared Camera) do James Webb Space Telescope, da NASA, conseguiu detectar a galáxia hospedeira da rajada rápida de rádio chamada FRB 20240304B, cuja localização é indicada pela cruz branca. Os pesquisadores descobriram que ela é uma pequena galáxia anã que forma estrelas ativamente.

Farthest Fast Radio Burst Host Galaxy Spectrum

Astrônomos usando o James Webb Space Telescope, da NASA, conseguiram estudar a galáxia hospedeira da rajada rápida de rádio (FRB) conhecida mais distante. Eles confirmaram que ela tem um desvio para o vermelho cosmológico de 2,148 e que a FRB ocorreu apenas 3 bilhões de anos após o big bang.

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 imagem da galáxia hospedeira da rajada rápida de rádio FRB 20240304B, capturada pela Near Infrared Camera (NIRCam) do James Webb Space Telescope, mostra setas de orientação, barra de escala e chave de cores para referência.