Forscher am SETI-Institut haben mit dem Allen Telescope Array 35 Ausbrüche von FRB 20220912A beobachtet und damit Licht auf die mysteriöse Natur von Fast Radio Bursts und ihren möglichen Ursprung in extremen kosmischen Objekten geworfen. Bildnachweis: SciTechDaily.com
Diese Arbeit beweist, dass neue Teleskope mit einzigartigen Fähigkeiten wie das ATA einen neuen Blickwinkel auf herausragende Rätsel der FRB-Wissenschaft eröffnen können.
Ein Team von Wissenschaftlern des SETI-Instituts hat neue Erkenntnisse zu einem kosmischen Geheimnis namens Fast Radio Bursts (FRBs) enthüllt. Die Entdeckung und detaillierte Beobachtung des sich wiederholenden FRB 20220912A, die am modernisierten Allen Telescope Array (ATA) des SETI-Instituts gemacht wurde, gibt Aufschluss über die Natur dieser Weltraumsignale.
FRBs sind kurze, intensive Funkwellenblitze aus dem Weltraum. Während die meisten nur einmal auftreten, senden einige „Repeater“ Signale mehr als einmal aus, was das Verständnis ihres Ursprungs noch schwieriger macht. Im Verlauf von 541 Beobachtungsstunden entdeckten die Forscher 35 FRBs vom Repeater FRB 20220912A. Die mit dem ATA durchgeführten Beobachtungen deckten einen weiten Radiofrequenzbereich ab und zeigten faszinierende Muster. Alle 35 FRBs wurden im unteren Teil des Frequenzspektrums gefunden, jeder mit seiner einzigartigen Energiesignatur.
Dynamische Spektren (oder „Wasserfall“-Diagramme) für alle mit dem Allen Telescope Array erfassten Ausbrüche von FRB 20220912A, die frequenzgemittelten Pulsprofile und die zeitgemittelten Spektren.
Die rot schattierten Bereiche in den Zeitreihendiagrammen geben die Zeitspanne der definierten Sub-Bursts an, wobei rote vertikale Linien benachbarte Sub-Bursts markieren. Bildnachweis: SETI-Institut
Erkenntnisse aus den Beobachtungen des SETI-Instituts
„Diese Arbeit ist spannend, weil sie sowohl bekannte FRB-Eigenschaften bestätigt als auch einige neue entdeckt“, sagte Dr. Sofia Sheikh vom SETI-Institut, NSF MPS-Ascend Postdoctoral Fellow und Hauptautorin. „Wir grenzen die Quelle von FRBs beispielsweise auf extreme Objekte wie Magnetare ein, aber kein bestehendes Modell kann alle bisher beobachteten Eigenschaften erklären. Es war wunderbar, Teil der ersten FRB-Studie zu sein, die mit der ATA durchgeführt wurde – diese Arbeit beweist, dass neue Teleskope mit einzigartigen Fähigkeiten wie die ATA einen neuen Blickwinkel auf herausragende Rätsel der FRB-Wissenschaft eröffnen können.“
Die detaillierten Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift veröffentlicht Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society (MNRAS) zeigen die faszinierenden Verhaltensweisen von FRBs. Diese mysteriösen Signale weisen eine Frequenzdrift nach unten, einen Zusammenhang zwischen ihrer Bandbreite und der Mittenfrequenz sowie Veränderungen in der Burst-Dauer im Laufe der Zeit auf. Das Team beobachtete auch etwas, worüber noch nie zuvor berichtet wurde: Im Laufe der zwei Monate der Beobachtung kam es zu einem merklichen Rückgang der Mittenfrequenz der Ausbrüche, was ein unerwartetes kosmisches Gleitpfeifen offenbarte.
Zwei FRB 20220912A-Datensatzparameter – Mittenfrequenz und Bandbreite – aufgetragen über die Zeit, in MJD, vom Beginn der Kampagne bis zum Ende der Kampagne (ein Zeitraum von etwa 60 Tagen). Tafel a) zeigt, dass die zentrale Häufigkeit des FRB im Laufe der Kampagne abnimmt (wobei Reste aus der Anpassung und eine nichtparametrische LOWESS-Richtlinie unten in Blau dargestellt sind). Panel b) zeigt die gleiche Abnahme der Bandbreite im Laufe der Zeit. Bildnachweis: SETI-Institut
Darüber hinaus nutzten die Forscher diese Beobachtungen, um einen Grenzwert für die hellsten Ausbrüche von FRB 20220912A vorherzusagen, was auf seinen Beitrag zur gesamten kosmischen Signalrate hinweist. Tatsächlich war dieses spezielle Objekt während dieser Beobachtungen für einige Prozent aller starken FRBs am Himmel verantwortlich.
Die Studie untersuchte auch die Zeitmuster der Burst-Sequenzen und suchte nach Wiederholungen innerhalb und zwischen den FRBs. Es wurde kein klares Muster gefunden, was die Unvorhersehbarkeit dieser Himmelsphänomene verdeutlicht.
Die Rolle des Allen Telescope Array
Diese Arbeit zeigt die wichtige Rolle der ATA bei der Entschlüsselung der Geheimnisse der FRBs. Der ATA verfügt über die einzigartige Fähigkeit, eine große Anzahl von Frequenzkanälen gleichzeitig aufzuzeichnen, selbst wenn diese weit voneinander entfernt sind – beispielsweise wenn einige Frequenzen sehr hoch und andere sehr niedrig sind. Dies ermöglicht sofortige Überprüfungen, wenn ein FRB eintrifft, um einzuschränken, was der FRB gleichzeitig bei hohen und niedrigen Frequenzen tut. Laufende Upgrades versprechen noch mehr Möglichkeiten, um schwächere FRBs auf noch mehr Frequenzen gleichzeitig zu sehen, und stellen so sicher, dass der ATA weiterhin an der Spitze steht, wenn es darum geht, unser Verständnis von FRBs voranzutreiben.
Das Allen Telescope Array (ATA) mit Sitz im Hat Creek Radio Astronomy Observatory, Kalifornien, USA. Das ATA wird vom SETI-Institut betrieben und ist als Instrument für die Suche nach Technosignaturen konzipiert. Es hat das Potenzial, eine leistungsstarke Einrichtung für die Untersuchung von Transienten zu sein. Bildnachweis: Joe Marfia
„Es ist aufregend zu sehen, wie sich die ATA drei Jahre nach Beginn ihres Upgrade-Programms mit der FRB-Forschung beschäftigt“, sagte Dr. Wael Farah, ATA-Projektwissenschaftler und Co-Autor des SETI-Instituts. „Das ATA verfügt über einzigartige Fähigkeiten, die in vielen Forschungsvorhaben einschließlich schneller Transienten zum Einsatz kommen.“
Diese bahnbrechende Entdeckung markiert einen bedeutenden Schritt vorwärts in der laufenden Suche nach der Lösung der Geheimnisse extremer Objekte im Universum. Während Wissenschaftler den Kosmos weiter erforschen, bringt uns jedes einzigartige Merkmal, das wir entdecken, dem Verständnis der Ursprünge und Natur dieser faszinierenden kosmischen Signale näher.
Referenz: „Characterization of the Repeating FRB 20220912A with the Allen Telescope Array“ von Sofia Z. Sheikh, Wael Farah, Alexander W. Pollak, Andrew, PV, Siemion, Mohammed A. Chamma, Luigi F. Cruz, Roy H. Davis, David R. DeBoer, Vishal Gajjar, Phil Karn, Jamar Kittling, Wenbin Lu, Mark Masters, Pranav Premnath, Sarah Schoultz, Carol Shumaker, Gurmehar Singh und Michael Snodgrass, Akzeptiert, Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.
arXiv:2312.07756