Webb-Teleskop identifiziert Wirtsgalaxie des entferntesten Fast Radio Burst

Astronomen haben mithilfe des James Webb Space Telescope (JWST) der NASA die Wirtsgalaxie des am weitesten entfernten jemals aufgezeichneten Fast Radio Burst (FRB) identifiziert. Der Burst mit der Bezeichnung FRB 20240304B wurde zuerst vom MeerKAT-Radioteleskop in Südafrika entdeckt und reiste vermutlich mehr als 10 Milliarden Jahre, bevor er die Erde erreichte. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Detektion des Bursts

Das MeerTRAP-Team nutzte das MeerKAT-Teleskop, um den Burst am 4. März 2024 zu detektieren. Das Signal wies eine starke Dispersion auf, ein Phänomen, bei dem verschiedene Frequenzen von Radiowellen aufgrund der Reise durch elektrisch geladenes Material zu leicht unterschiedlichen Zeiten eintreffen. Diese Dispersion deutete darauf hin, dass das Signal aus einer großen Entfernung stammte. Bodenbasierte Teleskope, einschließlich der Keck-Teleskope, konnten die Wirtsgalaxie jedoch nicht sehen, da sie zu schwach war.

Um die Entfernung zu bestätigen und die Quelle zu identifizieren, wandten sich die Forscher an das JWST. Die Nahinfrarot-Kamera (NIRCam) des Teleskops entdeckte eine Galaxie an der präzisen Position des Bursts. Anschließend maß das Instrument NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) die Rotverschiebung der Galaxie mit 2.148. Dieser Messwert entspricht einer Zeit nur 3 Milliarden Jahre nach dem Urknall, was bedeutet, dass der Burst laut Dr. Themiya Nanayakkara von der University of Sydney durch „ungefähr 80 % der kosmischen Geschichte“ gereist ist.

Eine überraschende Wirtsgalaxie

Die Identifizierung der Wirtsgalaxie lieferte unerwartete Erkenntnisse über den Ursprung von FRBs. Während die meisten zuvor identifizierten FRB-Wirtsgalaxien massereiche, sternbildende Galaxien sind, ist die Galaxie, die FRB 20240304B beherbergt, eine kleine Zwerggalaxie. Sie besitzt nur etwa das 10 Millionenfache der Masse unserer Sonne, was ein winziger Bruchteil der Masse der Milchstraße ist.

Manisha Caleb von der University of Sydney, die Hauptautorin der Studie, merkte die Diskrepanz zwischen Erwartungen und Beobachtungen an. „Wir dachten, es würde eine große, schön geformte Galaxie mit vielen Sternen sein, und stattdessen war es eine kleine Zwerggalaxie, obwohl sie aktiv Sterne bildete“, sagte Caleb. Die Galaxie bildet Sterne mit hoher Geschwindigkeit und hat einen geringen Metallgehalt.

Auswirkungen auf den Ursprung von FRBs

Die Eigenschaften der Wirtsgalaxie stützen die Theorie, dass einige FRBs von Magnetaren stammen, also von jungen, hochmagnetischen Neutronensternen. Diese Theorie legt nahe, dass ein FRB relativ schnell nach der Explosion eines massereichen Sterns als Supernova auftreten kann, wobei ein Magnetar zurückbleibt. Dieser schnelle Zeitrahmen stimmt mit der Entdeckung des Bursts in einer jungen Galaxie überein.

Umgekehrt machen die Ergebnisse es unwahrscheinlich, dass dieser spezifische Burst durch die Verschmelzung von zwei Neutronensternen erzeugt wurde, ein Prozess, der typischerweise eine längere Zeitverzögerung erfordert. „Unsere Arbeit deutet darauf hin, dass es sehr unwahrscheinlich ist, dass dieser FRB durch eine Verschmelzung entstanden ist“, sagte Caleb.

Kartierung des kosmischen Netzes

Über die Identifizierung der Quelle hinaus dient der Burst als Werkzeug zur Kartierung des Universums. Während das Radiosignal zur Erde reiste, interagierte es mit Materie und Magnetfeldern und hinterließ einen Abdruck im Signal. J. Xavier Prochaska von der University of California, Santa Cruz, beschrieb den Burst als „fast wie eine kosmische Taschenlampe“.

Das Team identifizierte den Abdruck von zwei kosmischen Strukturen im Signal: einen bisher unbekannten Galaxienhaufen bei einer Rotverschiebung von 0.3 (etwa 3.5 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt) und den nahegelegenen Virgo-Haufen, der etwa 54 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Diese Messungen helfen Wissenschaftlern, Materie zu quantifizieren, die durch optische Teleskope nicht gesehen werden kann.

Warum es wichtig ist

Diese Entdeckung bestätigt, dass Fast Radio Bursts bereits produziert wurden, als das Universum nur ein Fünftel seines heutigen Alters hatte. Sie demonstriert die Fähigkeit des JWST, schwache Wirtsgalaxien für weit entfernte kosmische Ereignisse zu identifizieren. Durch die Untersuchung dieser Bursts können Astronomen die Verteilung von elektrisch geladener Materie und Magnetfeldern über Milliarden von Lichtjahren besser verstehen, was neue Daten über die Struktur des Universums liefert.

Quellen (auf Englisch)

• theguardian.com: Astronomers detect mysterious burst of energy from a galaxy far, far away | Astronomy | The Guardian
• science.nasa.gov: Webb Measures Distance to Farthest Fast Radio Burst, Suggesting Origin - NASA Science
• theconversation.com: Astronomers pinpoint the origin of a 10 billion-year-old millisecond signal from space

KI-Übersetzung des englischen Originalartikels, automatisch geprüft, damit sie dasselbe aussagt wie das Original. Die Quellen wurden auf Englisch geprüft.