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Webb mede a distância até a explosão de rádio mais rápida, sugerindo origem
Descobertas pela primeira vez em 2007, as explosões rápidas de rádio são enigmáticas, flashes de emissão de rádio com duração de milissegundos do universo distante. A sua origem permanece incerta, especialmente porque a maioria é vista uma vez e nunca mais. Astrônomos, usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA, identificaram a galáxia hospedeira da explosão rápida de rádio (FRB) mais distante vista até agora. A sua descoberta tem implicações sobre o tipo de evento energético que cria estas explosões.
“O que torna as explosões 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 Universidade de Sydney, principal autora do estudo publicado quinta-feira na revista Science.
A equipe MeerTRAP usou o telescópio MeerKAT para detectar a explosão em 4 de março de 2024, levando à sua designação como FRB 20240304B. Os dados de rádio desta explosão sugeriram que estava extremamente distante, possivelmente a mais distante vista até agora. Para confirmar essa distância, porém, os astrónomos precisariam de estudar a sua galáxia hospedeira. Embora conhecessem a localização da FRB com muita precisão, os maiores telescópios terrestres do mundo não conseguiram ver nenhuma galáxia naquele ponto do céu. Como resultado, a equipe recorreu ao telescópio Webb.
A NIRCam (Near-Infrared Camera) do Telescópio Espacial James Webb da NASA foi capaz de detectar a galáxia hospedeira da rápida explosão de rádio chamada FRB 20240304B, cuja localização é mostrada pela cruz branca. Eles descobriram que se trata de uma pequena galáxia anã formando estrelas ativamente.
Imagem: NASA, ESA, CSA, STScI, Themiya Nanayakkara (USYD); Processamento de imagem: Joseph DePasquale (STScI)
O instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera) de Webb detectou uma galáxia no local certo, e seu instrumento NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) forneceu uma medição precisa da galáxia. desvio para o vermelho: 2.148, correspondendo a apenas 3 bilhões de anos após o big bang. A grande maioria das FRBs detectadas até o momento ocorreram bilhões de anos depois na história cósmica.
A equipe descobriu que a galáxia hospedeira FRB 20240304B não era típica de outras galáxias com FRBs. A maioria das galáxias FRB são galáxias massivas com formação de estrelas, mas a galáxia que encontraram era 1.000 vezes menos massiva do que esperavam.
“Pensámos que seria uma galáxia grande e bem formada, com muitas estrelas, mas em vez disso era uma pequena galáxia anã, embora estivesse a formar estrelas ativamente,” disse Caleb.
“O hospedeiro destaca-se em toda a amostra de galáxias que temos. E definitivamente não era o que esperávamos,” disse Ben Stappers, da Universidade de Manchester, no Reino Unido, co-autor do artigo. “Esta combinação de usar o projeto MeerTRAP no telescópio MeerKAT para descobrir e localizar essas explosões distantes e Webb para estudar seus hospedeiros é muito emocionante.”
A galáxia existiu no auge de “meio-dia cósmico“- um período na história do universo em que a formação de estrelas estava no auge. A taxa de formação de estrelas da galáxia sugeriu que a maioria de suas estrelas pode ter se formado em apenas 30 milhões de anos.
Isto tem implicações importantes para a origem de rajadas rápidas de rádio. Uma teoria sugere que as FRBs podem originar-se da fusão de duas estrelas de nêutrons. No entanto, espera-se que o processo de orbitar estrelas de nêutrons se aproximando cada vez mais até que colidam leve bilhões de anos. Como resultado, seria de esperar que as FRBs estivessem associadas a galáxias mais antigas contendo populações estelares mais evoluídas.
Uma segunda teoria propõe que um FRB pode originar-se de uma única estrela de nêutrons altamente magnética, jovem e conhecida como magnetar, por meio de um mecanismo como os terremotos estelares. Nesse caso, uma vez que uma estrela massiva explode como uma supernova e deixa para trás um magnetar, um FRB pode ocorrer de forma relativamente rápida, sem grande atraso. Como resultado, espera-se também que FRBs sejam encontrados em galáxias mais jovens, como a anfitriã da FRB 20240304B.
“Nosso trabalho sugere que é muito improvável que este FRB tenha sido produzido por uma fusão”, disse Caleb.
“Os nossos resultados mostram ainda a incrível capacidade do Webb, onde podemos ultrapassar limites além do que era anteriormente possível”, disse o co-autor Themiya Nanayakkara, da Universidade de Sydney, Austrália.
Além de ser recordista, o novo FRB permitiu à equipa aprender mais sobre os milhares de milhões de anos-luz de espaço aparentemente vazio entre a explosão e a Terra.
“Uma explosão rápida de rádio é quase como uma lanterna cósmica. Ela ilumina tudo ao longo do caminho. Ela carrega uma marca de tudo o que atravessa, então você pode usá-la para rastrear a ‘teia cósmica’ – a matéria e estruturas de outra forma invisíveis que encontra ao longo do caminho”, disse o coautor J. Xavier Prochaska, da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz.
A equipe encontrou a impressão de duas estruturas cósmicas no sinal do FRB – um aglomerado de galáxias até então desconhecido com um desvio para o vermelho de 0,3 (cerca de 3,5 bilhões de anos-luz da Terra), e o vizinho Aglomerado de Virgem, que está localizado a cerca de 54 milhões de anos-luz da Terra.
Astrônomos usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA foram capazes de estudar a galáxia hospedeira da explosão rápida de rádio (FRB) mais distante conhecida. Eles confirmaram que tem um desvio para o vermelho cosmológico de 2,148 e que o FRB ocorreu apenas 3 mil milhões de anos após o big bang.
Ilustração: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI); Ciência: Manisha Caleb (SIfA)
No futuro, a equipe está entusiasmada com o potencial de descobrir FRBs mais distantes. Eles estimam que o telescópio MeerKAT pode ser capaz de detectar e localizar vários FRBs por ano com um desvio para o vermelho superior a 1,0, o que significa que eles existiam há mais de metade do caminho desde o início do universo. À medida que outras novas instalações e instrumentos de radiotelescópios ficam online, esse ritmo de descoberta pode aumentar. O telescópio Webb será essencial para caracterizar essas galáxias hospedeiras distantes.
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. Webb está resolvendo mistérios em nosso sistema solar, olhando além, para mundos distantes em torno de outras estrelas, e investigando as misteriosas estruturas e origens de nosso universo e nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA com os seus parceiros, ESA (Agência Espacial Europeia) e CSA (Agência Espacial Canadense).
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