Самый далёкий быстрый радиовсплеск оказался старше Земли и удвоил рекорд дальности

Быстрый радиовсплеск — вспышка радиоволн длительностью в несколько тысячных долей секунды — покинул свой источник, когда Вселенной было около 3 миллиардов лет, и достиг телескопа в Южной Африке более чем через 10 миллиардов лет. Это самый далекий быстрый радиовсплеск, когда-либо прослеженный до родной галактики: он более чем вдвое превосходит по расстоянию предыдущего рекордсмена. Вспышка отправилась в путь более чем за пять миллиардов лет до формирования Земли.

Сюрприз наступил, когда космический телескоп «Джеймс Уэбб» (James Webb Space Telescope) обнаружил, откуда он пришел. Астрономы ожидали крупную, зрелую галактику. Вместо этого источником оказался тусклый карлик, примерно в 1000 раз менее массивный, чем предполагала команда, который, по-видимому, сформировал большую часть своих звезд в короткой, бурной вспышке. Этот маленький, молодой дом теперь является одной из самых сильных подсказок к тому, что порождает эти вспышки.

Тысячи быстрых радиовсплесков были обнаружены, но лишь около сотни удалось привязать к конкретной галактике, и почти все они находятся относительно близко к нам. Новый всплеск, зарегистрированный как FRB 20240304B, расширяет эту карту до самой насыщенной эпохи звездообразования в космической истории.

«Быстрые радиовсплески интересны тем, что мы не знаем, что их порождает», — сказала Маниша Калеб (Manisha Caleb) из Сиднейского университета, руководившая исследованием. «У нас есть теории о том, какие объекты их производят, но у нас нет убедительных доказательств».

Как радиотелескоп и «Уэбб» нашли галактику, которую никто не видел

Всплеск был зафиксирован MeerKAT — массивом из 64 радиотарелок в южноафриканском Кару. Система поиска под названием MeerTRAP, возглавляемая Беном Стапперсом (Ben Stappers) из Манчестерского университета, сканирует данные в реальном времени на предмет одиночных ярких импульсов. Этот импульс более чем в 100 раз превышал уровень фонового шума, и массив определил его положение с точностью до долей угловой секунды в созвездии Льва.

Первая подсказка о расстоянии пришла от самого сигнала. Радиоволны, пересекающие разреженный газ между галактиками, слегка замедляются, причем низкие частоты замедляются сильнее, поэтому всплеск приходит как развертка от высоких частот к низким. Астрономы называют величину этой задержки мерой дисперсии. Для этого всплеска она составила около 2458 единиц — значительно выше, чем у большинства известных всплесков, что указывало на то, что сигнал пересек огромный столб газа.

Это число дает лишь приблизительное расстояние. Для реального нужна родительская галактика и ее спектр, но архивные обзоры неба ничего не показывали в этой позиции. Не помог и час глубокого наблюдения на телескопе Keck I на Гавайях, ни инфракрасные снимки обсерватории MMT в Аризоне. Галактика была слишком тусклой для крупнейших наземных телескопов.

Поэтому команда запросила время на «Уэббе». Его камера ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) выявила пятно 28-й звездной величины примерно в 0,3 угловой секунды от положения всплеска, а статистический тест показал 97,5%-ную вероятность того, что всплеск исходит именно оттуда. Затем спектрограф ближнего инфракрасного диапазона «Уэбба» (NIRSpec) зафиксировал свет от светящегося водорода и кислорода в галактике, растянутый расширением Вселенной до красного смещения 2,148. Это помещает всплеск в период, который астрономы называют космическим полднем, когда галактики формировали звезды быстрее, чем когда-либо до или после.

Что рекорд означает в цифрах

Предыдущий рекордсмен — всплеск, пойманный австралийским телескопом ASKAP, — находился на красном смещении около 1,016, и его свет путешествовал примерно 8 миллиардов лет. Новый всплеск более чем вдвое превышает это красное смещение. Как сказано в статье, сигнал «зондирует ионизированный газ на протяжении примерно 80% космической истории».

Энергия находится на верхней границе диапазона, наблюдаемого для таких событий. Журнал Sky & Telescope привел наглядное сравнение: больше энергии, чем Солнце выделяет за год, упаковано во вспышку короче, чем моргание.

Родительская галактика — самая странная часть. Оценка команды ставит ее звездную массу порядка 10 миллионов солнечных масс — крошечная доля звезд Млечного Пути. Ее газ содержит лишь около 10–20% от солнечной доли элементов тяжелее гелия, и она формирует звезды гораздо быстрее, чем обычно для галактики ее размера. Исследователи оценивают, что большинство ее звезд могло сформироваться в течение примерно 30 миллионов лет.

«Мы думали, что это будет большая, хорошо сформированная галактика с множеством звезд», — сказала Калеб. Стапперс был более прямолинеен: «Эта родительская галактика выделяется во всей нашей выборке галактик. И это было не то, что мы ожидали».

Почему маленькая молодая галактика указывает на одного виновника

Два ведущих объяснения дают разные предсказания о том, где должны появляться всплески. Одно говорит, что они происходят от магнетаров — нейтронных звезд с магнитными полями в миллиарды раз сильнее самых мощных магнитов, созданных на Земле, рождающихся при коллапсе массивных звезд. Они формируются в течение нескольких миллионов лет после породивших их звезд. Другое утверждает, что некоторые всплески возникают при столкновениях нейтронных звезд, которые могут занимать миллиарды лет, чтобы слиться по спирали, и поэтому чаще встречаются в старых галактиках.

Галактика, построившая себя за несколько десятков миллионов лет, оставляет мало места для медленного варианта. «Наша работа показывает, что крайне маловероятно, что этот БРВ был произведен слиянием», — сказала Калеб. Газ с низким содержанием металлов также способствует образованию более массивных звезд, которые как раз и оставляют после себя магнетары. В нашей собственной галактике магнетар SGR J1935+2154 уже порождал слабые всплески того же типа.

Сигнал также нес запись всего, через что прошел. Его путь пересекает скопление Девы — гигантскую группу галактик на расстоянии около 54 миллионов световых лет — и проходит вблизи ранее неизвестной группы галактик с красным смещением 0,31, примерно в 3,5 миллиарда световых лет от нас. Команда оценивает, что эти две структуры ответственны за большую часть дополнительной задержки сигнала.

Что он не проясняет

Один всплеск — это одна точка данных. Связь с магнетарами — самое естественное прочтение этой родительской галактики, но исследователи подчеркивают, что это не доказательство, и это не означает, что каждый быстрый радиовсплеск имеет одинаковое происхождение.

Свойства галактики имеют широкие погрешности. Ее масса, содержание металлов и история звездообразования — это модельные оценки, полученные по нескольким снимкам «Уэбба» и одному спектру объекта на пределе обнаружения. Очень мало родительских галактик всплесков такой тусклости изучалось на любом расстоянии, поэтому трудно сказать, является ли эта галактика необычной или просто первой из тех, что пропустили более ранние обзоры.

Команда утверждает, что находка не была случайностью. MeerKAT в настоящее время — единственный инструмент для охоты за всплесками, достаточно чувствительный, чтобы видеть так далеко, и они предсказывают, что около 6,3% всплесков в его основном обзоре должны приходить с красного смещения более 2. Только большее количество обнаружений проверит это. «Любая большая коллекция начинается с одного экземпляра», — сказал Йори ван Леувен (Joeri van Leeuwen) из Нидерландского института радиоастрономии, не участвовавший в работе.

Часто задаваемые вопросы о самом далеком быстром радиовсплеске

Что такое быстрый радиовсплеск?

Быстрый радиовсплеск — это вспышка радиоволн длительностью в несколько миллисекунд, которая в самых ярких случаях может нести столько же энергии, сколько Солнце излучает за год. Первый был обнаружен в 2007 году. Их источник до сих пор обсуждается.

Как далеко находится самый далекий быстрый радиовсплеск?

FRB 20240304B находится на красном смещении 2,148. Его сигнал путешествовал более 10 миллиардов лет и покинул свою галактику, когда Вселенной было около 3 миллиардов лет. Это более чем вдвое превышает красное смещение предыдущего рекордсмена.

Вызывают ли магнетары быстрые радиовсплески?

Магнетары — это наиболее обоснованное объяснение, и молодая, звездообразующая родительская галактика этого всплеска укрепляет эту гипотезу. Но ни одно исследование не доказало, что каждый всплеск исходит от магнетара, и исследователи, стоящие за этим результатом, говорят, что убедительных доказательств пока нет.

Что дальше

Всплеск был зафиксирован 4 марта 2024 года, впервые представлен на конференции в Монреале в июле 2025 года и опубликован в журнале Science 8 октября 2026 года. Команда оценивает, что MeerKAT может находить и точно локализовать несколько всплесков в год на расстоянии более половины пути к Большому взрыву, при этом «Уэбб» потребуется для идентификации их тусклых родительских галактик. Среднечастотный телескоп Square Kilometre Array, строящийся сейчас в Южной Африке, как ожидается, продвинет этот поиск еще дальше. Стапперс поставил задачу прямо: «Следующий шаг — продвинуть этот рубеж дальше и посмотреть, насколько близко мы сможем подобраться к первым поколениям звезд».

Источник: Caleb et al., «A fast radio burst at redshift 2, three billion years after the Big Bang,» Science, 2026. DOI: 10.1126/science.adz2675

Теги: астрономия, James Webb Space Telescope, MeerKAT, магнетар, FRB 20240304B, быстрый радиовсплеск