CHIME hat im ersten Jahr über 500 schnelle Radio-Bursts erkannt und liefert neue Hinweise auf die Ursache

Ähnlich wie Dunkle Materie und Dunkle Energie, Schneller Radio-Burst (FRBs) sind eines dieser verrückten kosmischen Phänomene, die Astronomen weiterhin mystifizieren. Diese unglaublich hellen Blitze registrieren sich nur im Radioband des elektromagnetischen Spektrums, treten plötzlich auf und dauern nur wenige Millisekunden, bevor sie spurlos verschwinden. Daher ist ihre Beobachtung mit einem Radioteleskop eine ziemliche Herausforderung und erfordert ein äußerst genaues Timing.

Aus diesem Grund hat das Dominion Radio Astrophysical Observatory (DRAO) in British Columbia das Kanadisches Experiment zur Kartierung der Wasserstoffintensität (CHIME) im Jahr 2017. Zusammen mit ihren Partnern bei der Nationales Radioastronomie-Observatorium (NRAO), dem Massachusetts Institute of Technology (MIT), dem Perimeter Institute und mehreren Universitäten entdeckte CHIME mehr als 500 FRBs im ersten Betriebsjahr (und mehr als 1000 seit der Inbetriebnahme)!

Zur Erinnerung: Astronomen untersuchen FRBs erst seit 2007, als die erste Veranstaltung wurde gemeldet . Bis Mitte 2017, als CHIME in Betrieb ging, wurden nur etwa zwei Dutzend jemals beobachtet und ihre Herkunft ist unbekannt. Seitdem hat man jedoch gelernt, dass kosmologische Phänomene allgegenwärtig sind und Tausende von Ereignissen jeden Tag aus allen Ecken des Himmels auf die Erde eintreffen.

CHIMEs Mission

Ursprünglich entwickelt, um die Verteilung von Wasserstoff über einen Großteil des beobachtbaren Universums zu kartieren, macht das neuartige Design von CHIME es auch für die Untersuchung von FRBs sehr effektiv. Es ist nicht nur stationär und hat keine beweglichen Teile, sondern ist dank seines großen momentanen Sichtfelds (~200 Quadratgrad) und seiner breiten Frequenzabdeckung – 400 bis 800 Megahertz (MHz) – für eine hohe „Mapping-Geschwindigkeit“ optimiert.

Während die meiste Radioastronomie mit großen Schüsselantennen durchgeführt wird, die Licht von verschiedenen Teilen des Himmels bündeln, ist CHIME bewegungslos und fokussiert eingehende Signale auf seine vier massiven zylindrischen Radioantennen. Das Teleskop stützt sich auch auf einen leistungsstarken digitalen Signalprozessor (auch bekannt als Korrelator), der in der Lage ist, Daten mit einer Geschwindigkeit von etwa 7 Terabit pro Sekunde zu sortieren – ein kleiner Prozentsatz des weltweiten Internetverkehrs.

Seit seiner Inbetriebnahme hat CHIME die Gesamtzahl der entdeckten FRBs fast vervierfacht. In seinem ersten Betriebsjahr (zwischen 2018 und 2019) entdeckte es 535 neue FRBs. Nach der Kartierung des Zeitpunkts und der Orte stellten die Wissenschaftler fest, dass die Ausbrüche gleichmäßig im Weltraum verteilt waren und mit einer Geschwindigkeit von etwa 800 pro Tag auftreten, was die bisher genaueste Schätzung der Gesamtrate von FRBs ist.

Als Kiyoshi Masui, Mitglied des MIT's Kavli-Institut für Astrophysik und Weltraumforschung , erklärt in einer MIT-Pressemitteilung:

„Das ist das Schöne an diesem Feld – FRBs sind wirklich schwer zu erkennen, aber sie sind keine Seltenheit. Wenn Ihre Augen Radioblitze so sehen könnten, wie Sie Kamerablitze sehen können, würden Sie sie die ganze Zeit sehen, wenn Sie nur aufblicken.“

Künstlerische Darstellung des australischen Radioteleskops SKA Pathfinder (ASKAP) von CSIRO, das einen schnellen Radioausbruch findet und seine genaue Position bestimmt. Die optischen Teleskope KECK, VLT und Gemini South schlossen sich ASKAP mit Folgebeobachtungen an, um die Wirtsgalaxie abzubilden. Bildnachweis: CSIRO/Dr. Andrew Howells

Neue Events und Einblicke

Diese wurden im ersten FRB-Katalog des Teleskops zusammengestellt, der letzte Woche auf der 238. Treffen der American Astronomical Society (AAS), eine virtuelle Veranstaltung, die vom 7. bis 9. Juni lief. Der neue Katalog erweitert die aktuelle Bibliothek bekannter FRBs und führt bereits zu neuen Erkenntnissen über deren Eigenschaften und mögliche Ursachen. Insbesondere informiert der Katalog Astronomen über den Unterschied zwischen den beiden unterschiedlichen Klassen von FRBs.

Dazu gehören FRBs, die sich wiederholen, und solche, die einmalig auftreten. Während man davon ausgeht, dass einmalige Bursts in ihrem Auftreten völlig natürlich sind, entziehen sich wiederholte FRBs einer herkömmlichen Erklärung. Es gibt sogar einige, die denken, dass sich wiederholende Ausbrüche eine mögliche Technosignatur sein könnten – also ein Hinweis auf außerirdische Intelligenz. Bisher wurden nur 18 FRBs gemeldet, die wiederholt platzen, während der Rest singulärer Natur zu sein scheint.

Die sich wiederholenden FRBs unterscheiden sich auch dadurch, dass sie etwas länger halten als sich nicht wiederholende und stärker fokussierte Hochfrequenzbursts emittieren. Dies deutet darauf hin, dass diese FRBs sich wiederholen und diejenigen, die keine unterschiedlichen Mechanismen und astrophysikalischen Quellen haben. Dies ist ein wichtiger Schritt bei der Aufklärung der Ursachen dieser rätselhaften Ausbrüche, und Astronomen hoffen, bald darauf aufbauen zu können.

Wie Kaitlyn Shin, Doktorandin am Department of Physics des MIT und Mitglied der CHIME-Kollaboration, kürzlich in einem MIT . sagte Pressemitteilung :

„Vor CHIME wurden insgesamt weniger als 100 FRBs entdeckt; Jetzt, nach einem Jahr Beobachtung, haben wir Hunderte mehr entdeckt. Mit all diesen Quellen können wir uns wirklich ein Bild davon machen, wie FRBs insgesamt aussehen, welche Astrophysik diese Ereignisse antreiben könnte und wie sie verwendet werden können, um das Universum in Zukunft zu untersuchen.“

Diese künstlerische Darstellung zeigt den Weg des schnellen Funkausbruchs FRB 181112, der von einer entfernten Wirtsgalaxie zur Erde reist. Bildnachweis: ESO

Den Kosmos kartieren

Ein weiterer Vorteil all dieser aufgezeichneten Ereignisse besteht darin, dass sie es Astronomen und Kosmologen ermöglichen, die Struktur und Verteilung der Materie im Universum besser zu verstehen. Der Grund dafür ist, dass Radiowellen, wenn sie durch den Weltraum wandern, Staub und Gas durchdringen, die den interstellaren und intergalaktischen Raum durchdringen. Dies kann die Eigenschaften und die Flugbahn von Funkwellen verzerren oder zerstreuen, deren Grad

Der Grad, in dem eine Funkwelle gestreut wird, kann Hinweise darauf geben, wie viel Gas sie durchquert hat und möglicherweise wie weit sie von ihrer Quelle entfernt ist. Von jedem der 535 FRBs, die CHIME entdeckte, maßen Masui und seine Kollegen die Streuung und stellten fest, dass die meisten Ausbrüche wahrscheinlich von weit entfernten Galaxien stammten. Die Tatsache, dass sie hell genug waren, um von CHIME entdeckt zu werden, legt nahe, dass sie von sehr energiereichen Quellen produziert worden sein müssen.

Während CHIME und andere Radioobservatorien mehr FRBs entdecken, hoffen die Wissenschaftler, genau herauszufinden, welche exotischen und mächtigen Phänomene sie verursachen. Sie hoffen auch, damit detailliertere Karten des Kosmos erstellen zu können. Als Shin zusammengefasst :

„Jeder FRB gibt uns einige Informationen darüber, wie weit er sich ausgebreitet hat und wie viel Gas er sich ausgebreitet hat. Mit einer großen Anzahl von FRBs können wir hoffentlich herausfinden, wie Gas und Materie auf sehr großen Skalen im Universum verteilt sind. Neben dem Geheimnis, was FRBs selbst sind, gibt es also auch das aufregende Potenzial für FRBs als leistungsstarke kosmologische Sonden in der Zukunft.“

Diese Forschung wurde unterstützt von der Kanada Stiftung für Innovation (CFI), die Dunlap Institute for Astronomy and Astrophysics , das Canadian Institute for Advanced Research (CIFAR), die McGill Weltrauminstitut (MSI), die Trottier Family Foundation , und der University of British Columbia (UBC).

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