Sich wiederholende schnelle Radioblitze bleiben für Astronomen ein Rätsel, aber diese neuen Entdeckungen könnten zu wichtigen Antworten darüber führen und auch Einblicke in andere Geheimnisse des Kosmos geben.
Fast Radio Bursts oder FRBs sind kurze, starke Pulse von Radiowellen, die aus dem Weltraum erfasst werden. Einige können bis zu drei Sekunden lang andauern, während andere im Bruchteil einer Millisekunde erscheinen und verschwinden. Ihre Herkunft ist jedoch ein Rätsel. Angesichts der Energiemenge, die sie tragen, spekulieren Forscher, dass sie durch einige der energiereichsten Ereignisse im Universum erzeugt werden – Supernovae, Gammastrahlenausbrüche oder Kollisionen zwischen Neutronensternen, Pulsaren oder Schwarzen Löchern. Das einzige, was sicher bekannt ist, ist, dass die meisten FRBs von außerhalb unserer Galaxie stammen.
Der Eindruck dieses Künstlers zeigt einen schnellen Funkstoß, der von seiner Quelle in einer entfernten Galaxie (oben links) zur Erde in der Milchstraße (unten rechts) wandert und dabei den Halo einer massereichen Galaxie durchquert. Kredit: ESO/M. Kornmesser
Es ist über 15 Jahre her, seit der erste FRB aus dem Weltraum entdeckt wurde. In dieser Zeit wurden Hunderte weitere gefunden, aber die Astronomen sind der genauen Ursache keinen Schritt näher gekommen.
Noch rätselhafter sind die wenigen gefundenen FRBs, die sich periodisch wiederholen. Bisher gehörten von Hunderten von entdeckten FRBs nur 25 zu einer bestimmten Klasse, die als sich wiederholende FRBs bekannt ist.
NICHT VERPASSEN: Hubble entdeckt ein „außer Kontrolle geratenes“ Schwarzes Loch, das eine Spur heller Sterne hinterlässt
Finden, was versäumt wurde
Bei neuen Forschungsarbeiten hat ein von Kanada geführtes Team von Astronomen weitere 25 sich wiederholende FRBs entdeckt und damit die bereits entdeckte Zahl verdoppelt.
Die Forscher fanden sie, indem sie die allererste Untersuchung aller Daten durchführten, die zwischen September 2019 und Mai 2021 vom Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment gesammelt wurden. CHIME ist ein einzigartiges, hochempfindliches Radioteleskop am Dominion Radio Astrophysical Observatory in der Nähe von Penticton, British Columbia, das sich auf dem traditionellen, angestammten und nicht abgetretenen Territorium der Syilx/Okanagan befindet.
Die vier „Zylinder“ des CHIME-Radioteleskops sitzen fest an Ort und Stelle und starren vom Boden des Okanagan-Tals im südlichen BC in den Himmel. Bildnachweis: CHIME Collaboration
„Viele scheinbar einmalige FRBs wurden einfach noch nicht lange genug beobachtet, um einen zweiten Ausbruch aus der Quelle zu entdecken“, sagte Dr. Ziggy Pleunis, ein Postdoc-Forscher am Dunlap Institute for Astronomy and Astrophysics der University of Toronto, der einer ist der fast 60 an dieser neuen Studie beteiligten Wissenschaftler.
„Wir brauchen eine längere Beobachtungszeit, weil sich einige Wiederholer alle 10 Jahre wiederholen könnten. Wir wissen es einfach nicht. Sie spielen nicht nach unseren Zeitskalen“, fügte Co-Autor Adam Dong, ein Ph.D. Student an der Fakultät für Physik und Astronomie der University of British Columbia.
Von den 25 neu entdeckten sich wiederholenden FRBs wurden die meisten zwei- oder dreimal während der CHIME-Beobachtungen entdeckt. Während derselben Zeit wurde einer von ihnen – FRB 20201124A, der erstmals im Jahr 2020 entdeckt wurde und von einer nahe gelegenen Galaxie stammt – insgesamt 12 Mal beobachtet!
Diese Himmelskarte, die der neuen Forschungsstudie entnommen wurde, zeigt die Standorte aller sich wiederholenden schnellen Funkstöße, die bisher entdeckt wurden. Bildnachweis: CHIME/FRB Collaboration/The Astrophysical Journal
Um diese Signale herauszufiltern, musste das Team neue statistische Tools entwickeln, um die Daten von CHIME zu sichten.
“Wir können jetzt die Wahrscheinlichkeit genau berechnen, dass zwei oder mehr Bursts, die von ähnlichen Orten kommen, nicht nur ein Zufall sind”, erklärte Pleunis. “Diese neuen Tools waren für diese Studie von wesentlicher Bedeutung und werden auch für ähnliche zukünftige Forschungen sehr nützlich sein.”
Eine der Herausforderungen beim Studium von FRBs besteht darin, dass es keine Vorhersage gibt, wann einer erscheint. In den meisten Fällen können Astronomen ihre Radioteleskope nur auf den Himmel richten und hoffen, dass sie während ihrer Beobachtungszeit eines oder mehrere dieser Signale empfangen. Einige Forscher haben vorausgesagt, dass jeden Tag Tausende über den gesamten Himmel fliegen könnten. Wir entdecken jedoch nur eine kleine Anzahl aufgrund der begrenzten Menge des Himmels, die aktuelle Radioteleskope jederzeit scannen können.
Noch schwieriger ist es, sich wiederholende FRBs zu finden. Dies liegt daran, dass Radioteleskope bei jedem wiederholten Signal auf denselben Teil des Himmels gerichtet werden müssen. Ohne das Timing der Wiederholungen zu kennen, wird es also noch abhängiger vom Glück.
SIEHE AUCH: Der Perseverance-Rover der NASA verlor seinen Haustier-Marsfelsen
CHIME-Sweeps für FRBs
Seit 2017 in Betrieb, beobachtet CHIME den gesamten Himmel darüber auf einmal und ist bereit, alle Signale aus dem Weltraum abzufangen, die in seinem Sichtfeld erscheinen. Während optische Teleskope normalerweise warten müssen, bis es dunkel wird, kann Radioastronomie Tag und Nacht durchgeführt werden. Während sich die Erde dreht, kann CHIME also jeden Tag die gesamte nördliche Hälfte der Himmelssphäre durchstreifen.
Allein im ersten Jahr sammelte CHIME über 500 FRBs. Laut der CHIME Collaboration hatte das Teleskop bis Mitte 2020 weit über 1.000 entdeckt.
Sehen Sie unten: Ein Zeitraffer eines ganzen Tages von CHIME-Beobachtungen
CHIME ist ein hervorragendes Tool zum Erkennen von FRBs, hat jedoch seine Grenzen. Da es an die Rotation der Erde gebunden ist, schweift das Sichtfeld des Teleskops um den Weltraum herum, ein bisschen wie der Lichtkegel eines Leuchtturms. Obwohl es also die gesamte nördliche Himmelssphäre an einem Tag abdecken kann, hängt es davon ab, wie viele FRBs es erkennt und wie viele sich wiederholende FRBs es findet, genau, welchen Teil des Weltraums es gerade beobachtet. Wenn das Timing eines FRB – sich wiederholend oder nicht – auch nur um den kleinsten Betrag verschoben ist, sodass sich die Quelle unterhalb des Horizonts von CHIME befindet, wenn das Signal hier ankommt, wird das Teleskop es immer noch verfehlen.
Wenn es jedoch mehr Teleskope wie CHIME gäbe, könnten Astronomen viel mehr Raum auf einmal abdecken und so viel mehr FRBs einfangen und mehr Wiederholungen entdecken.
LESEN SIE MEHR: Kanadisches Teleskop entdeckt bizarres 16-Tage-Muster in Signalen aus dem Weltraum
Warum ist das wichtig?
Die Forscher glauben, dass ihre neuen Techniken dazu beitragen werden, noch mehr sich wiederholende FRBs zu finden. Andere Teleskope können diese Entdeckungen dann genau zum richtigen Zeitpunkt beobachten, um die Wiederholungssignale aufzunehmen.
“FRBs, die sich wiederholen, sind großartige Ziele für andere Teleskope, einschließlich solcher, die ihre Positionen sehr genau messen können und uns wissen lassen, aus welchen Galaxien sie stammen”, sagte Co-Autorin Dr. Ingrid Stairs, Professorin an der Abteilung der University of British Columbia der Physik und Astronomie, laut UBC News. “Langfristig hoffen wir, viel über ihre Herkunft zu erfahren.”
“FRBs werden wahrscheinlich von den Überresten des explosionsartigen Todes von Sternen produziert.” sagte Pleunis und bezog sich auf Neutronensterne, Pulsare und Schwarze Löcher oder Phänomene wie Gammastrahlenausbrüche. „Indem wir uns wiederholende FRB-Quellen im Detail studieren, können wir die Umgebungen untersuchen, in denen diese Explosionen auftreten, und die Endstadien des Lebens eines Sterns besser verstehen. Wir können auch mehr über das Material erfahren, das vor und während des Untergangs des Sterns ausgestoßen wird dann in die Galaxien zurückgekehrt, in denen die FRBs leben.”
Auch der Nachweis von mehr sich wiederholenden FRBs kann Astronomen dabei helfen, Antworten auf andere Fragen zum Universum zu finden.
„Ein spannender Forschungszweig besteht darin, sie zu nutzen, um die Menge an Materie zwischen Galaxien oder dem intergalaktischen Medium zu messen“, erklärte Adam Dong in der UBC-Pressemitteilung.
Zusätzlich zu den 25 bestätigten sich wiederholenden FRBs, die in dieser Studie gefunden wurden, identifizierten die Forscher weitere 14 mögliche Kandidaten. Während es für diese Kandidaten signifikante Unterschiede zwischen wiederholten Bursts gab – in Position, Streuung, Timing usw. –, wenn sie als tatsächliche Repeater bestätigt werden können, könnte dies noch mehr über diese mysteriösen Phänomene enthüllen.
Sehen Sie unten: Ein entfernter Babystern löst den mysteriösen Ursprung des Wassers auf der Erde
Klicken Sie hier, um das Video anzusehen