Die frequenzabhängige Polarisation sich wiederholender schneller Funkstöße offenbart ihre Herkunft

Fast Radio Bursts (FRBs) sind die hellsten astronomischen Transienten mit einer Dauer von Millisekunden in Funkbändern mit noch unbekanntem Ursprung.

Die Polarisierung von FRBs enthält entscheidende Informationen über ihre Umgebung. Hochgenaue Polarisationsmessungen von FRBs sind daher wichtig, um ihren Ursprung zu verstehen.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Li Di von den National Astronomical Observatories of the Chinese Academy of Sciences (NAOC) hat die Polarisationseigenschaften von fünf sich wiederholenden FRB-Quellen mit dem Five-Hundert-Meter Aperture Spherical Radio Telescope (FAST) und dem Robert analysiert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT).

Die Studie wurde veröffentlicht in Wissenschaft am 18. März.

Kombiniert mit einem vielfältigen Satz bestehender Daten zeigen diese Beobachtungen eine systematische Frequenzentwicklung, nämlich eine Depolarisation zu niedrigeren Frequenzen hin, die durch einen einzigen Parameter gut beschrieben werden kann, dh Streuung des Rotationsmaßes (RM) (σRM).

Eine solche einheitliche Beschreibung sich wiederholender FRBs weist auf eine komplexe Umgebung in der Nähe und/oder um die explodierenden Quellen hin, bei denen es sich um einen Supernova-Überrest, einen Pulsarwindnebel oder Plasma in der Nähe massiver Schwarzer Löcher handeln könnte.

FRB 121102, die erste sich wiederholende FRB-Quelle, besitzt einen hohen Polarisationsgrad mit einem entsprechend extrem großen RM, der ein Produkt aus Elektronendichte und magnetischer Feldstärke entlang der Sichtlinie ist.

Laut einer Studie, die in veröffentlicht wurde Natur im Jahr 2021, in einer Zeitspanne von 50 Tagen im Jahr 2019, entdeckte FAST 1.652 Impulse, aber in dieser Fundgrube wurde keine Polarisation entdeckt. „Die Nichterkennung linearer Polarisation ist bei FAST in seinem Band zwischen 1,0 und 1,4 GHz eher eine Norm als eine Ausnahme, trotz seiner beispiellosen Empfindlichkeit“, sagte Dr. Li Di, der korrespondierende Autor beider Artikel.

Das Team hat auch weiterhin andere aktive Repeater mit FAST überwacht. „Wir waren sehr verwirrt über die fehlende Polarisierung bei den meisten unserer Beobachtungen. Später, als wir diese FRBs systematisch mit anderen großen Einrichtungen in anderen Frequenzbändern untersuchten, insbesondere solchen, die höher als das von FAST waren, ergab sich ein einheitliches Bild“, sagte der Erstautor der Arbeit, Dr. Feng Yi, derzeit wissenschaftlicher Mitarbeiter am Zhejiang National Lab.

In einer kombinierten Analyse mit anderen veröffentlichten Daten von insgesamt neun sich wiederholenden und 12 Single-Burst-FRBs konnten die Forscher die Depolarisation zu niedrigen Frequenzen auf der Grundlage eines einfachen physikalischen Bildes, nämlich der Mehrweg-RM-Streuung, quantitativ beschreiben. Aufgrund der inhomogenen Elektronendichte vor und/oder um die FRBs herum könnte das zu einem bestimmten Zeitpunkt ankommende Impulssignal Radiophotonen enthalten, die auf unterschiedlichen Wegen gewandert sind. Infolgedessen verliert das Impulssignal einen Teil/die gesamte Polarisation, wenn die Photonen vom Teleskopempfänger aggregiert werden.

Ein solcher Effekt ist bei Photonen/Lichtwellen längerer Wellenlänge (niedrigere Frequenz) größer und führt zu den offensichtlichen Diskrepanzen zwischen den Teleskopen. Insbesondere erklärt es, warum die Polarisation bei FAST nicht erkannt wurde.

Eine solch einfache Erklärung mit nur einem freien Parameter stellt einen großen Schritt in Richtung eines physikalischen Verständnisses des Ursprungs sich wiederholender FRBs dar. Der numerische Wert der RM-Streuung variiert zwischen Repeatern, wobei diejenigen mit größerem σRM tendenziell aktiver sind und Anzeichen einer komplexeren Umgebung aufweisen. Yang Yuanpei von der Universität Yunnan hat die Modellentwicklungsbemühungen des Teams geleitet. Ein ähnlicher Trend kann bei Nicht-Repeatern festgestellt werden, obwohl eine solche Mehrbandinformation für Nicht-Repeater aufgrund technischer Schwierigkeiten nicht erreicht wurde.

„Diese extrem aktiven FRBs könnten eine eigene Population sein. Wir beginnen, den evolutionären Trend bei FRBs zu sehen, wobei aktivere Quellen in komplexeren Umgebungen durch größere σRM repräsentiert werden, die jüngere Explosionen sind“, sagte Dr. Li.