Маяк из юности Вселенной ✛ ✎

Оригинал: "A fast radio burst from the first 3 billion years of the Universe"
arXiv:2508.01648 · 2025-08-03 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 2 мин
Самый далёкий быстрый радиовсплеск с известным красным смещением открывает окно в эпоху пика звездообразования.

Ночь 4 марта 2024 года. Радиотелескоп MeerKAT в ЮАР ловит миллисекундный импульс — быстрый радиовсплеск, пришедший из глубины в 17.4 гигапарсека. Это свет, который шёл до Земли 10.5 миллиардов лет. В тот момент Вселенной было всего три миллиарда лет — юность, когда галактики рождали звёзды с бешеной скоростью. Такой далёкий всплеск — как маяк, вспыхнувший в тумане древнего космоса: он не просто сообщает о себе, но и подсвечивает невидимую паутину газа и магнитных полей на всём пути луча.

Этот всплеск получил имя FRB 20240304B. Его дисперсионная мера — задержка радиосигнала в ионизованной плазме — составила 2458.20 ± 0.01 пк/см³. Чем больше плазмы на пути, тем сильнее запаздывают низкие частоты относительно высоких. Астрономы используют эту задержку как весы: она позволяет взвесить всё ионизованное вещество между нами и источником. Но чтобы весы заработали, нужно знать расстояние. Здесь-то и началась охота.

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.

Наземные телескопы Keck и MMT не увидели галактику-хозяина — слишком слаба. Тогда в дело вступил космический телескоп Джеймса Уэбба. Его камера NIRCam нашла крошечную галактику в 0.3 угловой секунды от позиции всплеска, а спектрограф NIRSpec измерил красное смещение: z = 2.148 ± 0.001. Световое расстояние — 17.4 Гпк. Это вдвое дальше, чем любой ранее локализованный быстрый радиовсплеск. Галактика оказалась карликовой: масса звёзд всего около $10^7$ масс Солнца, а темп звездообразования — 0.2 массы Солнца в год. Для такой малышки это буря: удельный темп звездообразования выше главной последовательности, вся звёздная масса сформировалась за 52 миллиона лет. Всплеск сильно линейно поляризован (49%), а мера вращения в системе покоя достигает −550 рад/м². Это значит, что всплеск родился в плотной намагниченной плазме — как и положено молодому магнитару, нейтронной звезде со сверхсильным магнитным полем.

Раньше было неизвестно, могут ли быстрые радиовсплески рождаться на красных смещениях больше двух. Теперь ясно: могут, и рождаются они в эпоху космического полудня — пика звездообразования. Свойства галактики-хозяина указывают на короткую задержку между вспышкой звездообразования и появлением всплеска. Это исключает сценарии с длительными задержками, например слияния нейтронных звёзд, для большинства FRB. Практическая польза огромна: такие всплески становятся зондами для томографии космической паутины и измерения магнитных полей на масштабах в миллиарды световых лет. С вводом в строй SKA-Mid и новых космических телескопов число FRB на z>2 вырастет в разы, и тогда соотношение Маккара — связь дисперсионной меры с красным смещением — можно будет проверить в далёкой Вселенной, уточнить постоянную Хаббла и даже заглянуть в эпоху реионизации. Маяк из юности Вселенной не просто вспыхнул — он осветил дорогу.

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.

DM_{FRB} = DM_{MW,ISM} + DM_{MW,halo} + DM_{cosmic}(z) + DM_{host}/(1+z)
Полная дисперсионная мера складывается из вкладов межзвёздной среды Млечного Пути, гало Млечного Пути, космической компоненты (включая межгалактическую среду и гало промежуточных галактик) и галактики-хозяина с учётом космологического расширения.
E_{\nu} = 4\pi D_L^2 \Delta\nu / (1+z) \times F_{\nu}
Изотропная эквивалентная энергия на единицу частоты вычисляется из наблюдаемого флюенса с учётом светового расстояния, ширины полосы и красного смещения.
Учёные
Alan GuthAlexander FriedmannAndrei LindeGeorges LemaîtreJames PeeblesAdam Riess
Понятия
быстрый радиовсплеск радиосигнал гамма-всплеск высокочастотные гравитационные волны космический фон фоновое излучение звездообразование в ранней Вселенной галактики ранней Вселенной вспышка звездообразования эра доминирования излучения первичные магнитные поля первичные космические флуктуации вспышка вспышка спутник Свифт быстрый галактики с большим красным смещением большой взрыв миллиметровая волна сурикат