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Wir haben gerade eine Quelle für eines der mysteriösesten Phänomene der Astronomie gefunden
Schnelle Funkstöße sind superstarke, superkurze Signale, die ohne bekannten Ursprung durch den Weltraum flitzen. Eine neue Erklärung sind Magnetare. 4. November 2020
Das 500-Meter-Sphärical Aperture Telescope (FAST) in der Provinz Guizhou, China. Bojun Wang, Jinchen Jiang, Qisheng Cui
Schnelle Funkstöße gehören zu den seltsamsten Mysterien der Weltraumwissenschaft. Diese Impulse dauern weniger als fünf Millisekunden, setzen aber mehr Energie frei als die Sonne in Tagen oder Wochen. Seit sie 2001 zum ersten Mal aufgezeichnet wurden (und 2007 darüber geschrieben wurde), haben Wissenschaftler Dutzende von FRBs entdeckt. Die meisten sind einmalige Signale, aber einige wiederholen sich, einschließlich eine, die in einem regelmäßigen Tempo schlägt .
Aber niemand konnte jemals erklären, was genau FRBs produziert. Bisher waren nur fünf in bestimmten Regionen im Weltraum lokalisiert, und sie alle stammten außerhalb unserer Galaxie. Wenn ein Signal von so weit her kommt, ist es sehr schwierig, das Objekt zu finden, das es erzeugt hat. Die meisten Theorien haben sich auf kosmische Kollisionen oder Neutronensterne konzentriert. Und auch, naja, Ausländer .
Spoiler-Alarm: Es sind keine Außerirdischen. Zwei neue Studien, die heute in Nature veröffentlicht wurden, deuten stark darauf hin, dass Magnetare – stark magnetisierte Neutronensterne – eine Quelle für FRBs sind. Die Studien zeigen auch, dass diese Ausbrüche wahrscheinlich viel häufiger sind, als wir uns vorgestellt haben.
Ich glaube nicht, dass wir schlussfolgern können, dass alle schnellen Funkstöße von Magnetaren stammen, aber mit Sicherheit sind Modelle, die Magnetare als Ursprung für schnelle Funkstöße vermuten lassen, sehr wahrscheinlich, sagt Daniele Michilli, Astrophysiker von der McGill University und Mitautor der erste Naturstudie .
Die neuen Ergebnisse konzentrieren sich auf einen FRB, der am 28. April von zwei Teleskopen entdeckt wurde: CHIME (das Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment mit Sitz in British Columbia) und STARE2 (eine Anordnung von drei kleinen Radioantennen, die in Kalifornien und Utah verteilt sind). Das Signal mit der Bezeichnung FRB 200428 setzte in einer Millisekunde mehr Energie in Radiowellen frei als die Sonne in 30 Sekunden.
Für CHIME ist es selbstverständlich, FRBs zu finden – es wurden Dutzende gefunden, und in Zukunft könnte das Teleskop sie entdecken jeden Tag ein Knall . Aber obwohl STARE2 speziell entwickelt wurde, um nach FRBs in der Galaxie zu suchen, bei geringerer Empfindlichkeit als die meisten anderen Instrumente, erwarteten nur wenige, dass es erfolgreich sein würde. Als es letztes Jahr in Betrieb genommen wurde, prognostizierte das Team eine Wahrscheinlichkeit von 10 %, dass es tatsächlich ein Signal in der Milchstraße finden würde.
Dann – es geschah. Als ich mir die Daten zum ersten Mal ansah, erstarrte ich, sagt Christopher Bochenek, ein Caltech-Doktorand in Astronomie, der das STARE2-Projekt leitet und Hauptautor von ist die zweite Naturstudie . Ich brauchte ein paar Minuten, um mich zu sammeln und einen Freund anzurufen, um mich tatsächlich hinzusetzen und sicherzustellen, dass dieses Ding wirklich echt war. Zwischen STARE2 und CHIME wurde dieser Ausbruch von fünf Radioteleskopen in ganz Nordamerika beobachtet.
Diese Beobachtungen fielen zufällig mit einem unglaublich hellen Blitz zusammen, der von einem stark magnetisierten Neutronenstern – einem Magnetar – namens SGR J1935+2154 ausgeht, der sich 30.000 Lichtjahre von der Erde entfernt in der Nähe des Zentrums der Milchstraße befand.
Dieser Magnetar, der etwa 40- bis 50-mal massereicher ist als die Sonne, erzeugt intensive Anfälle elektromagnetischer Strahlung, einschließlich Röntgen- und Gammastrahlen. Seine Magnetfelder sind so stark, dass sie Atome in der Nähe in bleistiftähnliche Formen zerquetschen.
Magnetare waren schon immer eine vermutete Quelle von FRBs, aber es war für Astrophysiker schwierig, dies zu bestätigen, da alle anderen Signale von außerhalb der Milchstraße kamen.
Die Forscher verglichen die Radiowellen von FRB 200428 mit Röntgenbeobachtungen, die von sechs Weltraumteleskopen sowie anderen bodengestützten Observatorien gemacht wurden. Diese Röntgenstrahlen zeigten auf SGR J1935+2154, das 3.000-mal heller blitzte als jeder andere Magnetar, der aufgezeichnet wurde.
Die Teams von CHIME und STARE2 folgerten, dass dieser spezielle Magnetar für das energetische Ereignis verantwortlich war, das nicht nur die hellen Röntgenemissionen, sondern auch FRB 200428 erzeugte. Es ist das erste Mal, dass ein solcher Ausbruch innerhalb der Milchstraße entdeckt wurde, und dieser FRB emittiert mehr Energie als jede andere Quelle von Radiowellen, die in der Galaxie entdeckt wurden.
FRB 200428 ist nur ein 30-mal so stark wie der schwächste jemals aufgezeichnete extragalaktische FRB und ein Tausendstel der Stärke des durchschnittlichen Signals. Die Tatsache, dass STARE2 es nach nur etwa einem Jahr Betrieb aufgezeichnet hat, ist ein starker Hinweis darauf, dass diese Signale häufiger durch die Galaxie springen, als Wissenschaftler angenommen haben.
Ein Kontrapunkt zu diesen neuen Erkenntnissen kommt von FAST, dem Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope, das sich im Südwesten Chinas befindet. FAST ist das größte Single-Dish-Radioteleskop der Welt. Es kann keine großen Teile des Himmels überblicken, aber es kann eng blicken, um an sehr weit entfernten Orten nach schwachen Signalen zu suchen.
FAST untersuchte SGR J1935+2154 insgesamt acht Stunden lang in vier Beobachtungssitzungen vom 16. bis 29. April eine dritte Naturstudie . Und es wurden keine Funkwellen gefunden, die mit bekannten Röntgen- oder Gammastrahlenausbrüchen zusammenfielen, die während dieser Zeit aufgetreten sind.
Dieser Bericht entkräftet nicht unbedingt die Magnetar-Erklärung, zumal FAST in dem Moment, in dem FRB 200428 entdeckt wurde, nicht beobachtete. Aber es deutet darauf hin, dass ein Magnetar, der einen FRB aussendet, ein sehr seltenes Ereignis ist, wenn es bestätigt wird, und eines, das Funksignale erzeugt, die wir noch vollständig charakterisieren müssen.
Sandro Mereghetti, ein Astronom am National Institute of Astrophysics in Mailand, half bei der Leitung der SGR J1935+2154-Röntgendetektionen, die vom INTEGRAL-Teleskop (International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) der Europäischen Weltraumorganisation durchgeführt wurden. Obwohl er glaubt, dass die Entdeckung die auf Magnetaren basierende Klasse von FRB-Modellen stark begünstigt, weist er darauf hin, dass die besonderen physikalischen Prozesse, die zu den beobachteten Ausbrüchen von Radio- und harten Röntgenstrahlen führen, noch nicht geklärt sind. Mit anderen Worten, wir wissen nicht, was genau in einem Magnetar passiert, der FRBs zusammen mit zugehörigen Röntgen- oder Gammastrahlen erzeugen würde.
Ich würde nicht sagen, dass das Mysterium der FRBs gelöst ist, sagt Mereghetti. Aber dies ist sicherlich ein großer Schritt nach vorne, der auch Perspektiven für andere ähnliche Entdeckungen eröffnet.