Flüchtige Energiestöße aus dem Weltraum, sogenannte Fast Radio Bursts (FRBs), sind ein kosmisches Rätsel. Ein von Kanada geleitetes internationales Forscherteam hat neue Erkenntnisse veröffentlicht, die darauf hindeuten, dass Supernovae die Hauptursache für die Bildung von Quellen sind, die schließlich FRBs erzeugen.
„Schnelle Radioausbrüche sind eines der größten Geheimnisse der Astronomie“, sagte Hauptautor Mohit Bhardwaj, Mitglied der Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment Fast Radio Burst (CHIME/FRB)-Kollaboration und McWilliams Postdoctoral Fellow an der Carnegie Mellon University. „Diese extrem starken Radioexplosionen können kosmologische Distanzen zurücklegen und mehr Energie aussenden als die Sonne in tausend Jahren, obwohl sie nur wenige Tausendstelsekunden dauern. Noch faszinierender ist das, obwohl sie die Erde ungefähr jede Minute von überall her treffen.“ Himmel, ihre Herkunft ist noch unbekannt.
Die Forscher unter der Leitung von Wissenschaftlern aus Kanada und darunter Teams in den USA, Mexiko, Chile und Australien untersuchten 18 nahe gelegene FRB-Wirte, bei denen es sich allesamt um Spiralgalaxien oder Galaxien vom späten Typ handelte. Die Verbreitung von Galaxien späten Typs legt nahe, dass FRB-Quellen überwiegend in relativ jungen Galaxien auftreten, wobei die Quellen möglicherweise von Supernovae erzeugt werden, die den Kernkollaps eines massereichen Sterns mit sich bringen.
„Diese Arbeit identifiziert einen faszinierenden Trend, der darauf hindeutet, dass die meisten lokalen FRBs wahrscheinlich von Kernkollaps-Supernovae stammen“, sagte Bridget Andersen, Mitautorin des Artikels und derzeitige Doktorandin. Studentin an der McGill University unter der Leitung von Professor Victoria Kaspi. „In zukünftigen Studien wird es besonders interessant sein zu sehen, ob dieser Trend bei einer größeren Anzahl lokalisierter Wirtsgalaxien anhält.“
Die Arbeit ist von besonderer Bedeutung, da vor einem Jahr nach der Entdeckung einer FRB-Quelle in einem Kugelsternhaufen der Galaxie Messier 81, der eine extrem alte Sternpopulation beherbergt, Spekulationen darüber aufkamen, dass solche Quellen die FRB-Population dominieren könnten.
Bhardwaj sagte, dass die Ergebnisse des Teams ein solches Szenario ablehnen und stattdessen die Hypothese stützen, dass die meisten FRB-Quellen vom Untergang massereicher Sterne herrühren, was häufig zur Bildung von Schwarzen Löchern oder Neutronensternen führt.
„Mit Blick auf die Zukunft können wir, da wir größere Proben präziser beobachteter FRBs sammeln, diese Unterschiede sowohl für nahe als auch entfernte FRBs weiter untersuchen“, sagte er. „Durch die Durchführung eingehenderer Analysen hoffen wir, unser Verständnis der verschiedenen Ursprünge von FRBs zu verfeinern und möglicherweise die zugrunde liegenden Mechanismen aufzudecken, die diese kosmischen Phänomene antreiben, und so Licht auf die Komplexität der Radiosignalausbrüche im Universum zu werfen.“
Das CHIME/FRB-Team hat kürzlich den Katalog bekannter sich wiederholender FRBs verdoppelt und auf diesem Gebiet weiterhin Fortschritte gemacht. Das neueste Papier der Zusammenarbeit verfügbar auf der arXiv Preprint-Server und wird in veröffentlicht Die astrophysikalischen Tagebuchbriefeist von Bedeutung, weil es die Wirtsgalaxien der neuen nahegelegenen FRBs lokalisiert, die vielversprechende Kandidaten für die Identifizierung der vorgeschlagenen Prompt- oder Afterglow-Gegenstücke jenseits von Radiowellenlängen sind.
Das Verständnis der Ursprünge von FRBs ist eine zentrale Herausforderung in der heutigen Astronomie, und bisher haben sich extragalaktische FRBs ausschließlich als Radiophänomene manifestiert. Durch die Identifizierung ihrer Quellen können Kosmologen neue Einblicke in die extremen astrophysikalischen Umgebungen gewinnen, die diese Signale hervorrufen, und in die dafür verantwortlichen physikalischen Mechanismen.
„Die Fähigkeit, die Galaxie zu lokalisieren, aus der der FRB stammt, war der Schlüssel zu dieser Studie. Aber mit CHIME können wir nur die Wirtsgalaxien der nächstgelegenen FRBs identifizieren“, sagte Co-Autor Daniele Michilli, jetzt Postdoktorand am MIT Kavli Institut für Astrophysik und Weltraumforschung. „Wir bauen in Kanada und den USA neue CHIME-„Outrigger“-Teleskope, um präzise Himmelslokalisierungen für alle von CHIME entdeckten FRBs zu ermöglichen. Dies wird das Feld revolutionieren und es uns ermöglichen, die hier vorgestellten Ideen zu testen.“
Eine vorherrschende Hypothese, die diese intensiven Radiowellenausbrüche mit astrophysikalischen Prozessen in Verbindung bringt, betrifft Neutronensterne, sagte Bhardwaj. Er fügte hinzu, dass die Bedeutung dieser Hypothese im Jahr 2020 zunahm, als CHIME/FRB FRB-ähnliche Ausbrüche eines bekannten hochmagnetisierten Neutronensterns (SGR 1935+2154) in unserer eigenen Galaxie beobachtete, was zur Identifizierung von Magnetaren – jungen, hochmagnetisierten Neutronen – führte Sterne – als wahrscheinliche Quelle.
„Unabhängig von ihrem Ursprung sind diese kurzen Ausbrüche vielversprechend für kosmologische Studien“, sagte Bhardwaj. „Für jeden FRB können wir die Menge an ionisierter Materie abschätzen, die das FRB-Signal auf dem Weg zur Erde durchlaufen hat. Damit sind FRBs eindeutig eine vielversprechende Sonde für die Untersuchung der Verteilung ionisierten Gases im kosmischen Netz.“
Mehr Informationen:
Mohit Bhardwaj et al., Wirtsgalaxien für vier nahegelegene CHIME/FRB-Quellen und die Population der FRB-Wirtsgalaxien im lokalen Universum, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2310.10018