FAST fängt einen echten Puls von FRB 121102 ein. Credit: NAOC
Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Prof. LI Di und Dr. WANG Pei von den National Astronomical Observatories of Chinese Academy of Sciences (NAOC) fing eine extreme Episode kosmischer Explosionen von Fast Radio Burst (FRB) 121102 mit dem Fünfhundert-Meter- Aperture sphärisches Radioteleskop (FAST). Ab dem 29. August 2019 (UT) wurden innerhalb von 47 Tagen insgesamt 1.652 unabhängige Ausbrüche entdeckt.
Es ist die bisher größte Gruppe von FRB-Ereignissen, mehr als die Zahl, die in allen anderen Veröffentlichungen zusammen gemeldet wird. Ein solches Burst-Set ermöglicht zum ersten Mal die Bestimmung der charakteristischen Energie und Energieverteilung eines beliebigen FRB, wodurch Licht auf den zentralen Triebwerksantrieb der FRBs geworfen wird.
Diese Ergebnisse wurden veröffentlicht in Natur am 13. Oktober 2021.
FRBs wurden zum ersten Mal im Jahr 2007 entdeckt. Diese kosmischen Explosionen können nur eine Tausendstelsekunde lang sein, während sie den Gesamtenergieertrag der Sonne für ein Jahr erzeugen. Der Ursprung der FRBs ist noch unbekannt. Obwohl auch Außerirdische in Modellen für FRBs berücksichtigt wurden, werden natürliche Ursachen durch die Beobachtungen eindeutig begünstigt. Zu den jüngsten Schwerpunkten zählen exotische hypermagnetisierte Neutronensterne, Schwarze Löcher und kosmische Strings, die von der Urknall.
Die Burst-Rate-Verteilung der isotropen äquivalenten Energie bei 1,25 GHz für FRB 121102. Credit: NAOC
Wissenschaftler haben herausgefunden, dass sich ein kleiner Teil der FRBs wiederholt. Dieses Phänomen erleichtert Folgestudien, einschließlich der Lokalisierung und Identifizierung der Wirtsgalaxien der FRBs.
FRB 121102 ist der erste bekannte Repeater und der erste gut lokalisierte FRB. Wissenschaftler haben seinen Ursprung in einer Zwerggalaxie identifiziert. Außerdem ist dieser FRB eindeutig einer persistenten Funkquelle zugeordnet. Beide Hinweise sind entscheidend, um das kosmische Geheimnis der FRBs zu lösen. Das Verhalten von FRB 121102 ist schwer vorherzusagen und wird allgemein als „saisonal“ bezeichnet.
Beim Testen des FAST FRB-Backends während der Inbetriebnahmephase stellte das Team fest, dass FRB 121102 mit häufigen hellen Impulsen reagierte. Zwischen 29. August und 29. Oktober 2019 wurden 1.652 unabhängige Burst-Ereignisse in insgesamt 59,5 Stunden detektiert. Während die Burst-Kadenz während der Serie variierte, wurden während der Spitzenstunde 122 Bursts beobachtet, was der höchsten Ereignisrate entspricht, die jemals für einen FRB beobachtet wurde.
Ein „Fluss“ von Ausbrüchen einer Galaxie, wie er vom FAST-Teleskop aufgezeichnet wurde. Die Anzahl der Bursts und die Energien werden in Histogrammen angezeigt, die das Gemälde „A Vast Land“ von WANG Ximeng aus der Song-Dynastie nachahmen. Bildnachweis: NAOC
Eine solch hohe Kadenz erleichtert eine statistische Untersuchung dieser FRB-Bursts. Die Forscher fanden eine klare charakteristische Energie von E0= 4,8 × 1037 erg, unterhalb dessen die Erzeugung der Bursts weniger effizient wurde. Die Burst-Energieverteilung kann angemessen als bimodal beschrieben werden, nämlich eine Log-Normal-Funktion für Bursts mit niedrigem E und eine Lorentz-Funktion für Bursts mit hohem E, was impliziert, dass schwächere FRB-Pulse stochastischer Natur sein können und die stärkeren ein Verhältnis zwischen zwei unabhängige Größen.
„Die Gesamtenergie dieses Burst-Sets beträgt bereits 3,8% dessen, was von einem Magnetar verfügbar ist, und zwischen 1 ms und 1000 s wurde keine Periodizität gefunden, was die Möglichkeit stark einschränkt, dass FRB 121102 von einem isolierten kompakten Objekt stammt. “ sagte Dr. WANG.
Durch den Commensal Radio Astronomy FAST Survey (CRAFTS, https://crafts.bao.ac.cn/) wurden mehr als sechs neue FRBs entdeckt, darunter ein neuer 121102-ähnlicher Repeater. „Als größte Antenne der Welt erweist sich die Empfindlichkeit von FAST als förderlich, um die Feinheiten kosmischer Transienten, einschließlich FRBs, aufzudecken“, sagte Prof. LI.
Dieses Projekt ist Teil einer langjährigen Zusammenarbeit seit der Inbetriebnahme des FAST-Teleskops. Zu den wichtigsten Partnerinstitutionen zählen die Guizhou Normal University, die University of Nevada Las Vegas, die Cornell University, das Max-Planck-Institut für Radioastronomie, die West Virginia University, das CSIRO, die University of California Berkeley und die Nanjing University.
Referenz: „Eine bimodale Burst-Energieverteilung einer sich wiederholenden schnellen Radio-Burst-Quelle“ von D. Li, P. Wang, WW Zhu, B. Zhang, XX Zhang, R. Duan, YK Zhang, Y. Feng, NY Tang, S Chatterjee, JM Cordes, M. Cruces, S. Dai, V. Gajjar, G. Hobbs, C. Jin, M. Kramer, DR Lorimer, CC Miao, CH Niu, JR Niu, ZC Pan, L. Qian, L Spitler, D. Werthimer, GQ Zhang, FY Wang, XY Xie, YL Yue, L. Zhang, QJ Zhi und Y. Zhu, 13. Oktober 2021, Natur.
DOI: 10.1038/s41586-021-03878-5