Desde hace unos dos decenios, los estallidos rápidos de radio sirven a los astrofísicos como sondas cósmicas: su medida de dispersión (el retraso de la señal en el plasma) permite pesar la distribución de materia ionizada a lo largo de la línea de visión. La relación de Macquart vincula esta medida con el corrimiento al rojo y ofrece una forma independiente de estimar la constante de Hubble y la contribución de los bariones. Sin embargo, hasta ahora casi todos los FRB localizados tenían corrimientos al rojo menores que 0.5, y la región z > 1 permanecía inexplorada debido a la sensibilidad limitada de los telescopios y a la dificultad de obtener espectros de galaxias lejanas. El descubrimiento de FRB 20240304B con z=2.148 llena este vacío y traslada por primera vez el método a la época del mediodía cósmico, el pico de formación estelar de hace unos diez mil millones de años. El trabajo se sitúa en la misma línea que las investigaciones que utilizan FRB para estudiar campos magnéticos, la red cósmica y la tensión de Hubble, pero da un paso decisivo hacia los corrimientos al rojo altos.
El estallido FRB 20240304B fue detectado el 4 de marzo de 2024 por el sistema MeerTRAP en el radiotelescopio MeerKAT (Sudáfrica) en el rango de 856–1712 MHz. La medida de dispersión, tras corregir por dispersión, fue de 2458.20 ± 0.01 pc/cm³. La localización, con una precisión de unos 0.3 segundos de arco, se realizó con datos del interferómetro utilizando el catálogo VLASS para la referencia astrométrica. Las observaciones terrestres con los telescopios Keck y MMT no revelaron la galaxia anfitriona hasta magnitudes límite de R=26.24 y J=23.38, lo que indicaba una gran distancia. Entonces se realizaron observaciones con el telescopio espacial James Webb: la cámara NIRCam en los filtros F200W y F322W2 detectó una galaxia débil a 0.3 segundos de arco de la posición del estallido, y el espectrógrafo NIRSpec en campo integral midió las líneas de emisión Hα y [OIII], que dieron un corrimiento al rojo espectroscópico de z=2.148 ± 0.001. La probabilidad de asociación del estallido con esta galaxia según el método bayesiano PATH fue del 97.5%.
FRB 20240304B resultó ser el más distante de todos los estallidos rápidos de radio localizados: su corrimiento al rojo de 2.148 corresponde a una distancia luminosa de 17.4 Gpc y a una edad del universo de unos 3 mil millones de años. La energía del estallido en el sistema de reposo fue de aproximadamente $10^{41}$ erg, lo que se sitúa en el extremo superior del rango típico para FRB. La galaxia anfitriona es un sistema enano con una masa estelar de aproximadamente $10^7$ masas solares, una tasa de formación estelar de ~0.2 masas solares por año y una metalicidad del 10–20% de la solar. La tasa de formación estelar específica la sitúa por encima de la secuencia principal, lo que indica un estallido de formación estelar y una edad joven: el tiempo de formación de toda la masa estelar se estima en 52 millones de años. El estallido está fuertemente polarizado linealmente (49%) con una medida de rotación de −55.6 ± 0.5 rad/m². Teniendo en cuenta la pequeña contribución de la Vía Láctea y de fuentes cercanas, esto significa que la medida de rotación observada es principalmente intrínseca, y en el sistema de reposo aumenta a ~−550 rad/m². El exceso de medida de dispersión sobre el valor mediano para este corrimiento al rojo es de unos 550 pc/cm³; se explica por el cruce de la línea de visión por el cúmulo de Virgo (contribución de ~235 pc/cm³) y un grupo de galaxias a z=0.311 (~33 pc/cm³).
Este descubrimiento duplica el rango de corrimientos al rojo de los FRB localizados y demuestra por primera vez que tales estallidos nacen en la época del mediodía cósmico. A diferencia de trabajos vecinos que estudiaban FRB a corrimientos al rojo pequeños o moderados o usaban estimaciones estadísticas, aquí se obtiene por primera vez una confirmación espectroscópica directa para z>2. Las propiedades de la galaxia anfitriona (masa pequeña, formación estelar activa, baja metalicidad) indican un retraso corto entre el estallido de formación estelar y la aparición del FRB, lo que concuerda con los modelos de magnetares jóvenes. Esto excluye escenarios con retrasos largos, como las fusiones de estrellas de neutrones, para la mayoría de los FRB. Además, el trabajo muestra que los FRB pueden utilizarse para la tomografía de la red cósmica y la medición de campos magnéticos a escalas de gigaparsec.
Con la puesta en marcha de interferómetros más sensibles, como SKA-Mid, y el uso conjunto de telescopios espaciales para identificar las galaxias anfitrionas, se espera un fuerte aumento del número de FRB con z>2. Esto permitirá construir una muestra estadísticamente significativa para probar la relación de Macquart en el universo lejano, refinar la constante de Hubble y estudiar la época de reionización. También será posible estudiar la evolución de los campos magnéticos en el medio intergaláctico y en los halos de las galaxias a corrimientos al rojo altos.
El resultado afecta a la cosmología (medición independiente de la distribución de bariones y de la constante de Hubble), a la astrofísica de galaxias (formación estelar en sistemas enanos) y a la física de las estrellas de neutrones (naturaleza de las fuentes de FRB).
Es necesario realizar una búsqueda sistemática de FRB con z>2 utilizando MeerKAT y futuros instrumentos, así como un modelado detallado de la contribución de cúmulos y grupos de galaxias a la medida de dispersión a lo largo de la línea de visión.
Para la radioastronomía, el problema clave no resuelto es la naturaleza de las fuentes de FRB y su relación con la población de estrellas de neutrones. El descubrimiento de un FRB a z=2.148 en una galaxia enana con formación estelar activa confirma el origen magnetar y el retraso corto, pero queda la cuestión de si todos los FRB nacen en tales entornos. Otro problema es la medición precisa de la contribución de los distintos componentes (medio intergaláctico, halos de galaxias, cúmulos) a la medida de dispersión, lo que es crítico para las aplicaciones cosmológicas.
Esta sección está dirigida al autor del trabajo y a sus colegas. Los trabajos vecinos los encontró la búsqueda por significado en nuestro archivo, no por coincidencia de palabras. No evaluamos: mostramos el campo alrededor.
Qué hace el trabajo
El estudio reporta el descubrimiento del FRB 20240304B a un corrimiento al rojo de 2.148, lo que lo convierte en el estallido rápido de radio localizado más distante. El estallido fue detectado con el telescopio MeerKAT, localizado con una precisión de 0.3 segundos de arco, y la galaxia anfitriona fue identificada con el JWST como un sistema enano con formación estelar activa. Los autores midieron la medida de dispersión, estimaron la energía y las propiedades del anfitrión, vinculando el estallido con la época del mediodía cósmico.
Dónde está su fuerza
El trabajo traslada por primera vez el método de la medida de dispersión de los FRB a la región de corrimientos al rojo z > 2, donde antes no había estallidos localizados. Esto abre la posibilidad de sondear directamente los bariones ionizados en la época del pico de formación estelar y de ensamblaje de galaxias.
Hacia dónde puede avanzar
Vale la pena probar
Por qué puede importar
Ampliar el rango de corrimientos al rojo de los FRB localizados hasta z=2.148 los convierte en una herramienta plenamente útil para la cosmología y la astrofísica de altos corrimientos al rojo. Esto podría ayudar a resolver la tensión de Hubble, precisar el presupuesto de bariones en la época del mediodía cósmico y trazar la evolución de los campos magnéticos en el universo.
Trabajos cercanos en nuestro archivo
El trabajo más cercano del archivo está a 0.65 por significado: el nivel habitual de nuestro corpus.
La luz de FRB 20240304B viajó durante 10.5 mil millones de años hasta la Tierra, aproximadamente tres cuartos de la edad del universo. En ese tiempo, en la Tierra se formaron galaxias, estrellas, planetas y aparecieron radiotelescopios que captaron este pulso de milisegundos.