Быстрые радиовсплески уже около двух десятилетий служат астрофизикам своеобразными космическими зондами: их дисперсионная мера (задержка сигнала в плазме) позволяет взвешивать распределение ионизованного вещества вдоль луча зрения. Соотношение Маккара связывает эту меру с красным смещением и даёт независимый способ оценить постоянную Хаббла и вклад барионов. Однако до сих пор почти все локализованные FRB находились на красных смещениях меньше 0.5, а область z > 1 оставалась неизведанной из-за ограниченной чувствительности телескопов и трудностей получения спектров далёких галактик. Открытие FRB 20240304B на z=2.148 заполняет этот пробел и впервые переносит метод в эпоху космического полудня — пика звездообразования около десяти миллиардов лет назад. Работа стоит в одном ряду с исследованиями, которые используют FRB для изучения магнитных полей, космической паутины и напряжения Хаббла, но делает решающий шаг в область высоких красных смещений.
Всплеск FRB 20240304B был обнаружен 4 марта 2024 года системой MeerTRAP на радиотелескопе MeerKAT (ЮАР) в диапазоне 856–1712 МГц. Дисперсионная мера после коррекции на рассеяние составила 2458.20 ± 0.01 пк/см³. Локализация с точностью около 0.3 угловой секунды была выполнена по данным интерферометра с использованием каталога VLASS для астрометрической привязки. Наземные наблюдения на телескопах Keck и MMT не выявили галактику-хозяина до предельных звёздных величин R=26.24 и J=23.38, что указывало на большое расстояние. Тогда были проведены наблюдения на космическом телескопе Джеймса Уэбба: камера NIRCam в фильтрах F200W и F322W2 обнаружила слабую галактику на расстоянии 0.3 угловой секунды от позиции всплеска, а спектрограф NIRSpec в интегральном поле измерил эмиссионные линии Hα и [OIII], давшие спектроскопическое красное смещение z=2.148 ± 0.001. Вероятность ассоциации всплеска с этой галактикой по байесовскому методу PATH составила 97.5%.
FRB 20240304B оказался самым далёким из всех локализованных быстрых радиовсплесков: его красное смещение 2.148 соответствует световому расстоянию 17.4 Гпк и возрасту Вселенной около 3 миллиардов лет. Энергия всплеска в системе покоя составила примерно $10^{41}$ эрг, что находится на верхнем краю типичного диапазона для FRB. Галактика-хозяин — карликовая система со звёздной массой около $10^7$ масс Солнца, темпом звездообразования ~0.2 массы Солнца в год и металличностью 10–20% солнечной. Удельный темп звездообразования помещает её выше главной последовательности, что указывает на вспышку звездообразования и молодой возраст: время формирования всей звёздной массы оценивается в 52 миллиона лет. Всплеск сильно линейно поляризован (49%) с мерой вращения −55.6 ± 0.5 рад/м². С учётом малого вклада Млечного Пути и близких источников это означает, что наблюдаемая мера вращения в основном внутренняя, а в системе покоя она возрастает до ~−550 рад/м². Избыток дисперсионной меры над медианным значением для данного красного смещения составляет около 550 пк/см³; он объясняется пересечением лучом зрения скопления Девы (вклад ~235 пк/см³) и группы галактик на z=0.311 (~33 пк/см³).
Это открытие удваивает диапазон красных смещений локализованных FRB и впервые демонстрирует, что такие всплески рождаются в эпоху космического полудня. В отличие от соседних работ, которые изучали FRB на малых и умеренных красных смещениях или использовали статистические оценки, здесь впервые получено прямое спектроскопическое подтверждение для z>2. Свойства галактики-хозяина — малая масса, активное звездообразование, низкая металличность — указывают на короткую задержку между вспышкой звездообразования и появлением FRB, что согласуется с моделями молодых магнитаров. Это исключает сценарии с длительными задержками, например, слияния нейтронных звёзд, для большинства FRB. Кроме того, работа показывает, что FRB можно использовать для томографии космической паутины и измерения магнитных полей на масштабах гигапарсек.
С вводом в строй более чувствительных интерферометров, таких как SKA-Mid, и совместным использованием космических телескопов для отождествления хозяев, ожидается резкий рост числа FRB на z>2. Это позволит построить статистически значимую выборку для проверки соотношения Маккара в далёкой Вселенной, уточнить постоянную Хаббла и исследовать эпоху реионизации. Также появится возможность изучать эволюцию магнитных полей в межгалактической среде и в гало галактик на больших красных смещениях.
Результат влияет на космологию (независимое измерение распределения барионов и постоянной Хаббла), астрофизику галактик (звездообразование в карликовых системах) и физику нейтронных звёзд (природа источников FRB).
Необходимо провести систематический поиск FRB на z>2 с помощью MeerKAT и будущих инструментов, а также детальное моделирование вклада скоплений и групп галактик в дисперсионную меру вдоль луча зрения.
Для радиоастрономии ключевая нерешённая проблема — природа источников FRB и их связь с популяцией нейтронных звёзд. Открытие FRB на z=2.148 в карликовой галактике с активным звездообразованием подтверждает магнитарное происхождение и короткую задержку, но остаётся вопрос, все ли FRB рождаются в таких средах. Другая проблема — точное измерение вклада различных компонентов (межгалактическая среда, гало галактик, скопления) в дисперсионную меру, что критично для космологических приложений.
Этот раздел адресован автору работы и его коллегам. Соседние работы нашёл смысловой поиск по нашему архиву — не по совпадению слов, а по смыслу. Мы не рецензируем: мы показываем поле вокруг.
Что сделано в работе
Работа сообщает об открытии FRB 20240304B на красном смещении 2.148, что делает его самым далёким локализованным быстрым радиовсплеском. Всплеск зарегистрирован телескопом MeerKAT, локализован с точностью 0.3 угловой секунды, а галактика-хозяин идентифицирована с помощью JWST как карликовая система с активным звездообразованием. Авторы измерили дисперсионную меру, оценили энергию и свойства хозяина, связав всплеск с эпохой космического полудня.
В чём сила
Работа впервые переносит метод дисперсионной меры FRB в область красных смещений z > 2, где ранее не было локализованных всплесков. Это открывает возможность напрямую зондировать ионизованные барионы в эпоху пика звездообразования и формирования галактик.
Куда можно двигаться
Что можно попробовать
Почему это может быть важно
Расширение диапазона красных смещений локализованных FRB до z=2.148 делает их полноценным инструментом для космологии и астрофизики высоких красных смещений. Это может помочь разрешить напряжение Хаббла, уточнить бюджет барионов в эпоху космического полудня и проследить эволюцию магнитных полей во Вселенной.
Работы рядом в нашем архиве
Ближайшая работа архива — 0.65 по смысловой близости. Обычный для нашего корпуса уровень.
Свет от FRB 20240304B шёл до Земли 10.5 миллиардов лет — это примерно три четверти возраста Вселенной. За это время на Земле успели сформироваться галактики, звёзды, планеты и появиться радиотелескопы, которые поймали этот миллисекундный импульс.