Ein schneller Funkausbruch wurde endlich zu seiner Quelle zurückverfolgt: den Randgebieten einer Galaxie in 4 Milliarden Lichtjahren Entfernung
Fast-Radio Bursts (FRBs) sind eines der rätselhaftesten Phänomene, mit denen Astronomen heute konfrontiert sind. Im Wesentlichen sind FRBs kurze Radioemissionen von weit entfernten astronomischen Quellen, deren Ursache unbekannt bleibt. In einigen Fällen wurden erkannte FRBs wiederholt, aber die meisten waren einmalige Ereignisse. Und obwohl sich wiederholende Quellen bis zu ihrem Ursprungsort zurückverfolgt wurden, wurden noch nie einzelne Ereignisse lokalisiert.
Bis jetzt. Verwendung der Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) und anderen Radioteleskopen aus der ganzen Welt gelang es einem von Australien angeführten Astronomenteam, die Entfernung zu einem intensiven Radioausbruch zu bestätigen, der nur eine Tausendstelsekunde aufblitzte. Dies ist der erste sich nicht wiederholende FRB, der bis zu seiner Quelle zurückverfolgt werden konnte, in diesem Fall eine Galaxie, die sich 4 Milliarden Lichtjahre entfernt befindet.
Seit der Entdeckung des ersten FRB im Jahr 2007 (der „Lorimer Burst“) haben Radioastronomen sehnsüchtig auf eine Gelegenheit gewartet, mehr zu beobachten. Bis heute wurden vierzig Ereignisse entdeckt (von denen die meisten aus Archivdaten stammen) und eine Handvoll auf ihre Quellen zurückgeführt. Und doch wissen Astronomen immer noch nicht, was sie verursacht, mit Theorien, die von schnell rotierenden Neutronensternen und Schwarzen Löchern bis hin zu außerirdischen Funksignalen reichen.
Das Aufspüren von FRBs ist eine ziemliche Herausforderung, da die meisten nur eine Millisekunde lang andauern und sie bis zu ihrer Quelle zurückzuverfolgen ist noch schwieriger. In diesem Fall war der FRB (bekannt als FRB 180924) ein einzelner Burst, der so plötzlich verschwand, wie er auftauchte – im Gegensatz zu anderen, die über einen längeren Zeitraum mehrmals blinken können. Die Ergebnisse wurden veröffentlicht in eine Studie das ist kürzlich erschienen inWissenschaft.
Der Puls wurde erstmals 2018 von Forschern von ASKAP während einer gezielten Suche durch die 36 Radioteleskopantennen des Arrays entdeckt. Die Forscher nutzten dann die winzigen Zeitunterschiede, die das Signal brauchte, um die verschiedenen Antennen im Array zu erreichen, um die Quelle des Pulses zu lokalisieren. Aus diesen Unterschieden konnten sie die Heimatgalaxie des Ausbruchs bestimmen.
Als Adam Deller – ein Forscher aus Technische Universität Swinburne und ein Hauptautor der Studie – erklärt :
„Als es uns gelang, eine Position für FRB 180924 zu finden, die auf 0,1 Bogensekunden genau war, wussten wir, dass es uns nicht nur sagen würde, welches Objekt die Wirtsgalaxie war, sondern auch, wo es innerhalb der Wirtsgalaxie vorkam. Wir fanden heraus, dass sich der FRB außerhalb des Kerns der Galaxie befand, draußen in den ‚galaktischen Vororten‘.“
Das Team holte sich dann die Hilfe von Forschern der Zwillings-Südteleskop und die ESOs Sehr großes Teleskop (VLT) in Chile und den W. M. Keck-Observatorium auf Hawaii, um die Galaxie zu beobachten und ihre Entfernung und andere Eigenschaften zu bestimmen. Das Gemini-Teleskop war besonders hilfreich, da es für diese Art von Beobachtungen konzipiert wurde.
Das Gemini South Telescope in Chile. Bildnachweis: Gemini Observatory/AURA/Manuel Paredes
Dies liegt daran, dass das 8,1 Meter (~26,5 ft) lange Gemini South Telescope entwickelt wurde, um Bilder von höchster Qualität und Tiefe im optischen und infraroten Wellenlängenbereich zu liefern. Nichtsdestotrotz war es die gemeinsame Anstrengung dieser drei Observatorien und ihrer fortschrittlichen Instrumente, die die Lokalisierung der Galaxie ermöglichten.
Nicolas Tejos, ein Forscher der Päpstliche Katholische Universität Valparaíso in Chile leitete die Gemini-Beobachtungen. Wie er in einem Gemini-Observatorium erklärte Pressemitteilung :
„Die Daten von Gemini South haben absolut bestätigt, dass das Licht die Galaxie vor etwa 4 Milliarden Jahren verlassen hat… ASKAP gab uns die zweidimensionale Position am Himmel, aber die Gemini-, Keck- und VLT-Beobachtungen schlossen die Entfernung ein, was die dreidimensionalen dimensionales Bild.“
Zu wissen, wo ein FRB dieses Typs in einer Galaxie vorkommt, ist für Astronomen wichtig, weil es ihnen ermöglicht, einen Hinweis darauf zu erhalten, was der Vorläufer gewesen sein könnte. Bisher beziehen sich die meisten Ursprungstheorien auf ein massereiches, kompaktes Objekt (z. B. einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch), sodass Astronomen erkennen können, wo sich ein FRB in einer Galaxie befindet, ob es die Entstehung, Entwicklung oder Kollision/Zerstörung dieser Objekte ist verursacht den Funkstoß.
Diese künstlerische Darstellung des kosmischen Netzes, der fadenförmigen Struktur, die das gesamte Universum ausfüllt, wird von FRBs beleuchtet. Bild: M. Weiss/CfA
Indem Astronomen wissen, wo innerhalb einer Galaxie FRBs vorkommen, hoffen die Astronomen auch, ihre Ursachen einschränken zu können. Wie Stuart Ryder, ein Forscher von der Macquarie University und Mitglied des Forschungsteams, ausdrückte, ist die Untersuchung von FRBs auf dem neuesten Gebiet der astronomischen Forschung:
„Ähnlich wie Gammastrahlenausbrüche vor zwei Jahrzehnten oder die neuere Entdeckung von Gravitationswellenereignissen stehen wir an der Schwelle zu einer aufregenden neuen Ära, in der wir erfahren werden, wo schnelle Funkausbrüche stattfinden. Letztendlich ist es jedoch unser Ziel, FRBs als kosmologische Sonden zu verwenden, ähnlich wie wir Gammablitze, Quasare und Supernovae verwenden.“
Eine solche Karte könnte laut Ryder helfen, das anhaltende „Problem fehlender Baryonen“ zu lösen. Dies bezieht sich auf die Lücke zwischen der beobachteten Menge an Baryonen (den subatomaren Bausteinen der Materie) im Universum und den Vorhersagen theoretischer Modelle. Gegenwärtig sagen Standardmodelle der Kosmologie voraus, dass sie sich wahrscheinlich im warm-heißen intergalaktischen Medium (WHIM) befinden, aber alle Versuche, sie zu finden, waren erfolglos.
Aber indem sie genau bestimmen, wo FRBs entstehen und wie schnell sich ihr Licht ausgebreitet hat, könnten Astronomen in der Lage sein, die Dichte des dazwischenliegenden Materials zwischen der Erde und den Radioquellen zu messen. Mit einer ausreichend großen Stichprobe könnten Astronomen auch eine 3D-Querschnittskarte erstellen, wo sich Baryonen zwischen Galaxien befinden und in welchen Konzentrationen.
Die vier Einheitsteleskope, aus denen das Very Large Telescope der ESO besteht, am Paranal-Observatorium> Bild: Von ESO/H.H.Heyer/Wikimedia Commons
Dank der gemeinsamen Bemühungen aller beteiligten Forscher und Observatorien ist FRB 180924 das zweite FRB-Signal, das lokalisiert wurde. Das andere Signal (FRB 121102) war jedoch ein sich wiederholendes Signal, das mehr als 150 Mal blinkte. Während beide Arten von Signalen relativ selten sind, sind einzelne FRBs viel häufiger als sich wiederholende. Die Entdeckung von FRB 180924 könnte daher zu erheblich verbesserten Lokalisierungsmethoden führen.
Die Fähigkeit, FRBs zu lokalisieren, insbesondere sich nicht wiederholende, wird ebenfalls einen großen Beitrag zur Bestimmung ihrer genauen Ursache leisten. Wie Evan Keane – ein SKA-Projektwissenschaftler und Inhaber des MERAC-Preises für beobachtende Astrophysik aufgrund seiner bahnbrechenden Arbeiten zu FRBs – in einem verwandten SKA . sagte Pressemitteilung :
„Um das Potenzial von FRBs als kosmologische Sonden voll auszuschöpfen, ist es unabdingbar, diese genau lokalisieren zu können, und ASKAP hat dies erstmals getan. Es ist ein erstaunlicher Schritt für die FRB-Wissenschaft. Das ultimative Ziel wird es sein, tiefer in die Rotverschiebung einzusteigen und Tausende von FRBs zu lokalisieren, hier wird SKA ins Spiel kommen.“
Die Astronomie hat sich in den letzten Jahren sicherlich erwärmt. Zwischen der Explosion der Entdeckungen von Exoplaneten und der erstmaligen Entdeckung von Gravitationswellen , der Erste überhaupt Bild eines schwarzen Lochs , und jetzt das Studium der FRBs, scheint es kaum einen Bereich zu geben, der nicht gerade eine Revolution erlebt! Man kann sich nur vorstellen, wohin das alles führen wird…
Sehen Sie sich dieses Video an, in dem erklärt wird, wie FRB 180924 erkannt und lokalisiert wurde Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO):
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