Snelle radioflitsen werden in 2007 ontdekt maar hun oorsprong is nog steeds onduidelijk. De raadselachtige uitbarstingen van radiostraling duren slechts milliseconden, waarna veruit de meeste exemplaren niet meer worden waargenomen. Wel is duidelijk dat veel van deze uitbarstingen diep in het heelal plaatsvinden.
Astronomen hebben nu het sterrenstelsel gelokaliseerd dat de bron was van de verste snelle radioflits die tot nu toe werd waargenomen. Beelden van de James Webb-ruimtetelescoop laten zien dat het om een om relatief klein en jong sterrenstelsel gaat in het vroege heelal.
De ontdekking heeft gevolgen voor de theorieën over welke gebeurtenis verantwoordelijk is voor deze flitsen. Het blijkt dat er relatief weinig tijd zit tussen het moment waarop sterrenstelsels sterren vormen en het moment waarop ze in staat zijn om snelle radioflitsen te produceren. Dit wijst erop dat de uitbarstingen worden veroorzaakt door jonge neutronensterren, ook wel magnetars genoemd.
Galactisch lichtgewicht
Op 4 maart 2024 detecteerde radiotelescoop MeerKAT in Zuid-Afrika de snelle radioflits, die de aanduiding FRB 20240304B kreeg. Uit de radiowaarnemingen bleek dat de flits zich op een grote afstand bevond. Om die afstand te bevestigen gebruikten de astronomen vervolgens de Webb-telescoop om het sterrenstelsel waar te nemen dat zich op die plek aan de hemel bleek te bevinden. Met een zogeheten roodverschuiving van 2,1 bleek het sterrenstelsel slechts 3 miljard jaar na de oerknal al te bestaan. De meerderheid van alle tot nu toe waargenomen radioflitsen vonden miljarden jaren later plaats.
Het sterrenstelsel van FRB 20240304B wijkt af van andere sterrenstelsels waarin snelle radioflitsen zijn waargenomen. Waar het in de meeste gevallen om zware sterrenstelsels gaat waarin zich veel nieuwe sterren vormen, gaat het nu juist om een galactisch lichtgewicht; het is 1000 keer minder zwaar dan verwacht. “We waren verrast door het bijbehorende sterrenstelsel. In plaats van een groot en ver ontwikkeld spiraalstelsel was het een jong dwergsterrenstelsel dat nieuwe sterren vormde”, zegt coauteur Inés Pastor-Marazuela van het Anton Pannekoek Instituut van de Universiteit van Amsterdam en ASTRON.
Magnetars
Het sterrenstelsel bestond in een periode die astronomen ook wel ‘cosmic noon’ noemen: een periode in de geschiedenis van het heelal waarin de stervorming haar hoogtepunt bereikte. Veel van de sterren in het sterrenstelsel waren niet ouder dan dertig miljoen jaar.
Dit heeft belangrijke gevolgen voor onze inzichten in de oorsprong van snelle radioflitsen. Volgens een van de theorieën kan zo’n uitbarsting ontstaan door het samensmelten van twee neutronensterren. Dat zijn de overgebleven compacte kernen van zware sterren die aan het einde van hun leven exploderen.
Het proces waarbij neutronensterren in een baan om elkaar heen steeds dichter bij elkaar komen tot ze uiteindelijk botsen, neemt naar verwachting echter miljarden jaren in beslag. Juist daarom verwachten astronomen dat dit voorkomt in oudere sterrenstelsels met een geëvolueerde sterrenpopulatie. “Ons onderzoek suggereert dat het zeer onwaarschijnlijk is dat deze snelle radioflits door een samensmelting is ontstaan”, zegt Manisha Caleb van de Universiteit van Sydney, hoofdauteur van het artikel.
Een tweede theorie stelt dat een snelle radioflits ontstaat door een enkele, jonge neutronenster met een zeer sterk magnetisch veld – een zogeheten magnetar – via een zogenoemde sterbeving op het oppervlak. Dit kan al snel na het ontstaan van de magnetar plaatsvinden. Hierdoor zouden snelle radioflitsen kunnen ontstaan in jongere sterrenstelsels, zoals het gaststelsel van FRB 20240304B.
Grote kosmische structuren
De meeste snelle radioflitsen werden tot nu toe gevonden in sterrenstelsels die bestonden toen het universum minimaal 8 miljard jaar oud was. Wel waren er al vermoedens dat dit soort uitbarstingen eerder plaatsvonden. De vorige recordhouder werd gezien in een stelsel zo’n 4,5 miljard jaar na de oerknal. “Het was bijzonder om te kunnen bevestigen dat snelle radioflitsen al ontstonden toen het heelal nog erg jong was”, zegt Pastor-Marazuela.
De betrokken wetenschappers kijken uit naar het ontdekken van nieuwe snelle radioflitsen. Naar schatting kan de MeerKAT-telescoop jaarlijks meerdere van dit soort uitbarstingen detecteren die in de eerste helft van de kosmische geschiedenis plaatsvonden.
De metingen helpen bovendien om grote kosmische structuren in kaart te brengen: als een soort zaklamp verlicht een snelle radioflits alles op zijn pad. Zo kwamen met FRB 20240304B twee kosmische structuren in beeld: het al bekende Virgocluster op ongeveer 54 miljoen lichtjaar en een vooralsnog onbekend cluster van sterrenstelsels op ongeveer 3,5 miljard lichtjaar van de aarde.