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A NIRCam (Câmera de Infravermelho Próximo) do Telescópio Espacial James Webb da NASA conseguiu detectar a galáxia hospedeira da explosão rápida 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.
Descobertas pela primeira vez em 2007, as explosões rápidas de rádio são enigmáticos flashes de emissão de rádio, com duração de milissegundos, vindos do universo distante. Sua origem permanece incerta, especialmente porque a maioria é vista apenas uma vez e nunca mais. Astrônomos usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA localizaram com precisão a galáxia hospedeira da explosão rápida de rádio (FRB) mais distante já observada. A descoberta tem implicações sobre que tipo de evento energético cria essas 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 prova conclusiva”, disse Manisha Caleb, da Universidade de Sydney, autora principal do estudo publicado na 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 dessa explosão sugeriram que ela era extremamente distante, possivelmente a mais distante já observada até hoje. Para confirmar essa distância, porém, os astrônomos precisariam estudar sua galáxia hospedeira. Embora soubessem a localização da FRB com grande precisão, os maiores telescópios terrestres do mundo não conseguiam ver nenhuma galáxia naquele ponto do céu. Como resultado, a equipe recorreu ao telescópio Webb.
Imagem: FRB 20240304B (Imagem da NIRCam)
Imagem: NASA, ESA, CSA, STScI, Themiya Nanayakkara (USYD); Processamento de imagem: Joseph DePasquale (STScI)
O instrumento NIRCam (Câmera de Infravermelho Próximo) do Webb detectou uma galáxia no local correto, e seu instrumento NIRSpec (Espectrógrafo de Infravermelho Próximo) forneceu uma medição precisa do desvio para o vermelho da galáxia: 2.148, correspondendo a um momento apenas 3 bilhões de anos após o big bang. A grande maioria das FRBs detectadas até hoje ocorreu bilhões de anos depois na história cósmica.
A equipe descobriu que a galáxia hospedeira da FRB 20240304B não era típica de outras galáxias com FRBs. A maioria das galáxias hospedeiras de FRBs são galáxias massivas formadoras de estrelas, mas a galáxia que eles encontraram era 1,000 vezes menos massiva do que esperavam.
“Pensamos que seria uma galáxia grande, bem formada, com muitas estrelas, e, em vez disso, era uma pequena galáxia anã, embora estivesse formando estrelas ativamente”, disse Caleb.
“A hospedeira se destaca em toda a amostra de galáxias que temos. E definitivamente não era o que esperávamos”, disse Ben Stappers, da Universidade de Manchester, Reino Unido, coautor do artigo. “Essa combinação de usar o projeto MeerTRAP no telescópio MeerKAT para descobrir e localizar essas explosões distantes, e o Webb para estudar suas hospedeiras, é muito empolgante.”
A galáxia existia no auge do “meio-dia cósmico” – um período na história do universo em que a formação estelar estava em seu pico. A taxa de formação estelar da galáxia sugeria que a maioria de suas estrelas pode ter se formado em apenas 30 milhões de anos.
Isso tem implicações importantes para a origem das explosões rápidas de rádio. Uma teoria sugere que as FRBs podem se originar da fusão de duas estrelas de nêutrons. No entanto, espera-se que o processo de estrelas de nêutrons em órbita se aproximando gradualmente, cada vez mais, até colidirem, leve bilhões de anos. Como resultado, esperar-se-ia que as FRBs estivessem associadas a galáxias mais antigas, contendo populações estelares mais evoluídas.
Uma segunda teoria propõe que uma FRB pode se originar de uma única estrela de nêutrons jovem e altamente magnética, conhecida como magnetar, por meio de um mecanismo como terremotos estelares. Nesse caso, uma vez que uma estrela massiva explode como supernova e deixa um magnetar para trás, uma FRB poderia ocorrer relativamente rápido, sem grande atraso de tempo. Como resultado, também se esperaria encontrar FRBs em galáxias mais jovens, como a hospedeira da FRB 20240304B.
“Nosso trabalho sugere que é muito improvável que essa FRB tenha sido produzida por uma fusão”, disse Caleb.
“Nossos resultados mostram ainda mais a incrível capacidade do Webb, com a qual podemos ultrapassar limites além do que era possível anteriormente”, disse o coautor Themiya Nanayakkara, da Universidade de Sydney, Austrália.
Além de ser recordista, a nova FRB permitiu à equipe aprender mais sobre os bilhões 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. Carrega uma marca de tudo por onde passa, então você pode usá-la para traçar a ‘teia cósmica’ – a matéria e as estruturas de outra forma invisíveis que ela encontra pelo caminho”, disse o coautor J. Xavier Prochaska, da Universidade da Califórnia, Santa Cruz.
A equipe encontrou a marca de duas estruturas cósmicas no sinal da FRB – um aglomerado de galáxias até então desconhecido, com desvio para o vermelho de 0.3 (a cerca de 3.5 bilhões de anos-luz da Terra), e o próximo Aglomerado de Virgem, localizado a cerca de 54 milhões de anos-luz da Terra.
Imagem: Espectro da Galáxia Hospedeira da Explosão Rápida de Rádio Mais Distante
No futuro, a equipe está animada com o potencial de descobrir FRBs ainda mais distantes. Eles estimam que o telescópio MeerKAT pode ser capaz de detectar e localizar várias FRBs por ano com desvio para o vermelho maior que 1.0, o que significa que elas existiram há mais da metade do caminho de volta ao início do universo. À medida que outras novas instalações e instrumentos de radiotelescópios entrarem em operação, esse ritmo de descobertas pode aumentar. O telescópio Webb será essencial para caracterizar essas galáxias hospedeiras distantes.
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciência espacial do mundo. O Webb está solucionando mistérios em nosso sistema solar, olhando além, para mundos distantes ao redor de outras estrelas, e investigando as estruturas e origens misteriosas do nosso universo e nosso lugar nele. O Webb é um programa internacional liderado pela NASA com seus parceiros, a ESA (Agência Espacial Europeia) e a CSA (Agência Espacial Canadense).
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Fonte original: science.nasa.gov
