Ein schneller Radio-Burst wurde endlich bis zu seiner Quelle zurückverfolgt: dem Rand einer 4 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie

Fast-Radio Bursts (FRBs) sind eines der rätselhaftesten Phänomene, mit denen Astronomen heute konfrontiert sind. FRBs sind im Wesentlichen kurze Funkemissionen aus entfernten astronomischen Quellen, deren Ursache unbekannt bleibt. In einigen Fällen wurden erkannte FRBs, die sich wiederholt haben, aber die meisten waren einmalige Ereignisse. Und während sich wiederholende Quellen bis zu ihrem Ursprungsort zurückverfolgt wurden, wurden nie einzelne Ereignisse lokalisiert.

Bis jetzt. Mit dem Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) und anderen Radioteleskopen aus der ganzen Welt gelang es einem von Australien geführten Team von Astronomen, die Entfernung zu einem intensiven Funkstoß zu bestätigen, der nur eine Tausendstelsekunde lang blitzte. Das ist das erste sich nicht wiederholende FRB, das auf seine Quelle zurückgeführt wurde, in diesem Fall eine 4 Milliarden Lichtjahre entfernte Galaxie.

Seit der Entdeckung des ersten FRB im Jahr 2007 (der „Lorimer Burst“) haben Radioastronomen gespannt darauf gewartet, mehr zu beobachten. Bisher wurden vierzig Ereignisse entdeckt (von denen die meisten aus Archivdaten abgerufen wurden) und eine Handvoll auf ihre Quellen zurückgeführt. Und doch wissen die Astronomen immer noch nicht, was sie verursacht. Die Theorien reichen von schnell rotierenden Neutronensternen und Schwarzen Löchern bis zu außerirdischen Funksignalen.

Das Erkennen von FRBs ist ziemlich schwierig, da die meisten nur eine Millisekunde dauern und es noch schwieriger ist, sie bis zu ihrer Quelle zurückzuverfolgen. In diesem Fall war der FRB (bekannt als FRB 180924) ein einzelner Burst, der so plötzlich verschwand, wie er erschien – im Gegensatz zu anderen, die über einen längeren Zeitraum mehrmals blinken können. Die Ergebnisse wurden in einer Studie veröffentlicht, die kürzlich in erschien Wissenschaft.

Der Puls wurde erstmals 2018 von ASKAP-Forschern bei einer speziellen Suche mit den 36 Radioteleskopantennen des Arrays entdeckt. Die Forscher nutzten dann die winzigen Zeitunterschiede, die das Signal benötigte, um die verschiedenen Antennen im Array zu erreichen, um die Quelle des Impulses zu lokalisieren. Aus diesen Unterschieden konnten sie die Heimatgalaxie des Bursts bestimmen.

Wie Adam Deller – ein Forscher der Swinburne University of Technology und Hauptautor der Studie – erklärte:

„Als wir eine Position für FRB 180924 bekamen, die gut bis 0,1 Bogensekunden war, wussten wir, dass sie uns nicht nur sagen würde, welches Objekt die Wirtsgalaxie war, sondern auch, wo innerhalb der Wirtsgalaxie sie auftrat. Wir fanden heraus, dass sich die FRB außerhalb des Kerns der Galaxie in den „galaktischen Vororten“ befand. “

Das Team nahm dann die Hilfe von Forschern des Gemini South Telescope und des Very Large Telescope (VLT) der ESO in Chile und des W.M. Keck Observatory in 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 entwickelt wurde.

Dies liegt daran, dass das 8,1 m lange Gemini South-Teleskop entwickelt wurde, um Bilder von höchster Qualität und Tiefe in den optischen und infraroten Wellenlängen zu liefern. Trotzdem waren es die gemeinsamen Anstrengungen dieser drei Observatorien und ihrer fortschrittlichen Instrumentensuite, die die Lokalisierung der Galaxie ermöglichten.

Nicolas Tejos, ein Forscher der Pontificia Universidad Católica de Valparaíso in Chile, leitete die Beobachtungen der Zwillinge. Wie er in einer Presseerklärung des Gemini Observatory erklärte:

„Die Daten von Gemini South haben absolut bestätigt, dass das Licht die Galaxie vor etwa 4 Milliarden Jahren verlassen hat… ASKAP hat uns die zweidimensionale Position am Himmel gegeben, aber die Beobachtungen von Gemini, Keck und VLT haben die Entfernung gesperrt, wodurch die drei abgeschlossen sind. dimensionales Bild. "

Für Astronomen ist es wichtig zu wissen, wo ein FRB dieses Typs in einer Galaxie vorkommt, da sie dadurch einen Hinweis darauf erhalten, was der Vorläufer gewesen sein könnte. Bisher beziehen sich die meisten Ursprungstheorien auf ein massives, kompaktes Objekt (dh einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch). Wenn Sie also wissen, wo ein FRB in einer Galaxie vorkommt, können Sie den Astronomen sagen, ob es sich um die Bildung, Entwicklung oder Kollision / Zerstörung dieser Objekte handelt verursacht den Funkstoß.

Wenn Astronomen wissen, wo innerhalb einer Galaxie FRBs auftreten, hoffen sie auch, Einschränkungen für ihre Ursachen festlegen zu können. Wie Stuart Ryder, ein Forscher der Macquarie University und Mitglied des Forschungsteams, ausdrückte, ist die Untersuchung von FRBs auf dem neuesten Stand der astronomischen Forschung:

„Ähnlich wie Gammastrahlenausbrüche vor zwei Jahrzehnten oder die neuere Erkennung von Gravitationswellenereignissen stehen wir vor einer aufregenden neuen Ära, in der wir gleich erfahren werden, wo schnelle Funkausbrüche stattfinden. Letztendlich ist es unser Ziel, FRBs als kosmologische Sonden zu verwenden, ähnlich wie wir Gammastrahlen-Bursts, Quasare und Supernovae verwenden. “

Eine solche Karte könnte laut Ryder dazu beitragen, das anhaltende „Problem des fehlenden Baryons“ zu lösen. Dies bezieht sich auf die Lücke zwischen der beobachteten Menge an Baryonen (den subatomaren Bausteinen der Materie) im Universum und den theoretischen Modellen. Gegenwärtig sagen Standardmodelle der Kosmologie voraus, dass sie sich wahrscheinlich im warm-heißen intergalaktischen Medium (WHIM) befinden, aber alle Versuche, sie zu finden, haben sich als erfolglos erwiesen.

Indem Astronomen genau bestimmen, woher FRBs stammen und wie schnell sich ihr Licht bewegt hat, können sie möglicherweise die Dichte des dazwischenliegenden Materials zwischen der Erde und den Funkquellen messen. Mit einer ausreichend großen Stichprobe könnten Astronomen auch eine 3D-Querschnittskarte erstellen, in der angegeben ist, wo sich Baryonen zwischen Galaxien befinden und in welchen Konzentrationen.

Dank der gemeinsamen Anstrengungen aller beteiligten Forscher und Observatorien ist FRB 180924 das zweite lokalisierte FRB-Signal. Das andere Signal (FRB 121102) war jedoch ein sich wiederholendes Signal, das mehr als 150 Mal blitzte. 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 nicht sich wiederholende, trägt ebenfalls wesentlich dazu bei, ihre genaue Ursache zu bestimmen. Als Evan Keane – ein SKA Projektwissenschaftler und Inhaber des MERAC-Preises für beobachtende Astrophysik aufgrund seiner bahnbrechenden Arbeit an FRBs – sagte in einer verwandten SKA-Pressemitteilung:

„Um das Potenzial von FRBs als kosmologische Sonden voll auszuschöpfen, ist es wichtig, sie genau zu lokalisieren, und ASKAP hat genau das zum ersten Mal getan. Dies ist ein erstaunlicher Schritt für die FRB-Wissenschaft. Das ultimative Ziel wird es sein, die Rotverschiebung zu vertiefen 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, der erstmaligen Erkennung von Gravitationswellen, dem allerersten Bild eines Schwarzen Lochs und der Untersuchung von FRBs scheint es kaum ein Feld zu geben, das keine Revolution erlebt! Man kann sich nur vorstellen, wohin das alles führen wird …

Schauen Sie sich unbedingt dieses Video an, in dem erklärt wird, wie FRB 180924 mit freundlicher Genehmigung der Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO) erkannt und lokalisiert wurde:

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