Ein kürzlich aufgetretener schneller Funkausbruch stellt das in Frage, was die Astronomen zu wissen glaubten

Der Astronom Calvin Leung freute sich letzten Sommer darauf, Daten eines neu in Betrieb genommenen Radioteleskops auszuwerten, um den Ursprung wiederholter Ausbrüche intensiver Radiowellen – sogenannter schneller Radioausbrüche (FRBs) – genau zu bestimmen, die irgendwo im nördlichen Sternbild Ursa Minor ausgehen.

Leung, Empfänger eines Miller-Postdoktorandenstipendiums an der University of California in Berkeley, hofft, irgendwann die Ursprünge dieser mysteriösen Ausbrüche zu verstehen und sie als Sonden zu nutzen, um die großräumige Struktur des Universums zu verfolgen, einen Schlüssel zu seinem Ursprung und seiner Entwicklung. Er hatte den größten Teil des Computercodes geschrieben, der es ihm und seinen Kollegen ermöglichte, Daten von mehreren Teleskopen zu kombinieren, um die Position eines Ausbruchs auf eine Haaresbreite auf Armlänge genau zu triangulieren.

Die Aufregung verwandelte sich in Verwirrung, als seine Mitarbeiter am Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) optische Teleskope an Ort und Stelle drehten und entdeckten, dass sich die Quelle am entfernten Rand einer längst erloschenen elliptischen Galaxie befand, in der diese Art eigentlich nicht vorkommen sollte von Sternen gedacht, die diese Ausbrüche hervorrufen.

Anstatt einen erwarteten „Magnetar“ (einen stark magnetisierten, rotierenden Neutronenstern, der vom Kernkollaps eines jungen, massereichen Sterns übrig geblieben ist) zu finden, „war die Frage nun: Wie erklären Sie sich die Anwesenheit eines Magnetars in diesem alten? , tote Galaxie?“ sagte Leung.

Die jungen Sternreste, von denen Theoretiker glauben, dass sie diese Millisekunden-Radiowellenausbrüche erzeugen, hätten in der 11,3 Milliarden Jahre alten Galaxie, die sich 2 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt befindet und mehr als 100 Milliarden Sonnenmassen wiegt, schon vor langer Zeit verschwunden sein sollen.

„Dies ist nicht nur der erste FRB, der außerhalb einer toten Galaxie gefunden wurde, sondern im Vergleich zu allen anderen FRBs auch der am weitesten von der Galaxie entfernt, mit der er in Verbindung gebracht wird. Der Standort des FRBs ist überraschend und wirft Fragen darüber auf, wie solche energiereichen Ereignisse auftreten können.“ Regionen, in denen sich keine neuen Sterne bilden“, sagte Vishwangi Shah, ein Doktorand an der McGill University in Montreal, Kanada, der Leungs ursprüngliche Berechnungen zum Ort des Ausbruchs namens FRB verfeinerte und erweiterte 20240209A.

Shah ist der korrespondierende Autor von eine Studie des FRB veröffentlicht in Astrophysikalische Tagebuchbriefe zusammen mit einem zweites Papier von Kollegen der Northwestern University in Evanston, Illinois.

Leung, Co-Autor beider Arbeiten, ist einer der Hauptentwickler von drei Begleitteleskopen – sogenannten Outriggern – zum ursprünglichen CHIME-Radioarray in der Nähe von Penticton, British Columbia. Er betreute Shah bei McGill, während Leung Doktorand am Massachusetts Institute of Technology (MIT) war, und hatte anschließend vor seinem Miller-Stipendium ein Einstein-Postdoktorandenstipendium an der UC Berkeley inne.

Neuer CHIME-Ausleger in Kalifornien

Ein drittes Outrigger-Funkarray wird diese Woche am Hat Creek Observatory online gehen, einer Einrichtung in Nordkalifornien, die früher der UC Berkeley gehörte und von ihr betrieben wurde und jetzt vom SETI Institute in Mountain View verwaltet wird. Zusammen werden die vier Arrays die Fähigkeit von CHIME, FRBs präzise zu lokalisieren, enorm verbessern.

„In Kombination mit den drei Auslegern sollten wir in der Lage sein, einen FRB pro Tag genau zu seiner Galaxie zu lokalisieren, was beträchtlich ist“, sagte Leung. „Das ist 20-mal besser als CHIME mit zwei Outrigger-Arrays.“

Mit dieser neuen Präzision können optische Teleskope schwenken, um die Art der Sterngruppen – Kugelsternhaufen, Spiralgalaxien – zu identifizieren, die die Ausbrüche erzeugen, und hoffentlich die Sternquelle zu identifizieren. Von den rund 5.000 bisher entdeckten Quellen – über 95 % davon wurden von CHIME entdeckt – wurden nur wenige einer bestimmten Galaxie zugeordnet, was Bemühungen zur Bestätigung, ob Magnetare oder andere Sterntypen die Quelle sind, behindert hat.

Wie in der neuen Veröffentlichung ausführlich dargelegt, hat Shah viele Ausbrüche des sich wiederholenden FRB gemittelt, um die Ortungsgenauigkeit des CHIME-Arrays und eines Outrigger-Arrays in British Columbia zu verbessern. Nach seiner Entdeckung im Februar 2024 verzeichneten Astronomen bis zum 31. Juli 21 weitere Ausbrüche. Seit der Einreichung des Papiers hat Shion Andrew vom MIT Daten von einem zweiten Ausleger am Green Bank Observatory in West Virginia einbezogen, um Shahs veröffentlichte Position mit dem 20-fachen zu bestätigen Präzision.

„Dieses Ergebnis stellt bestehende Theorien in Frage, die die Entstehung von FRB mit Phänomenen in Sternentstehungsgalaxien in Verbindung bringen“, sagte Shah. „Die Quelle könnte in einem Kugelsternhaufen liegen, einer dichten Region alter, toter Sterne außerhalb der Galaxie. Wenn dies bestätigt wird, wäre FRB 20240209A erst der zweite FRB, der mit einem Kugelsternhaufen verbunden ist.“

Sie stellte jedoch fest, dass der andere FRB, der aus einem Kugelsternhaufen stammte, mit einer lebenden Galaxie in Zusammenhang stand und nicht mit einer alten elliptischen Galaxie, in der die Sternentstehung vor Milliarden von Jahren aufgehört hatte.

„Es ist klar, dass es noch viel spannendes Entdeckungspotenzial gibt, wenn es um FRBs geht und dass ihre Umgebungen der Schlüssel zur Entschlüsselung ihrer Geheimnisse sein könnten“, sagte Tarraneh Eftekhari, die ein Einstein-Postdoktorandenstipendium an der Northwestern hat und Erstautorin des zweiten Buches war Papier.

„CHIME und seine Auslegerteleskope werden es uns ermöglichen, Astrometrie auf einem Niveau durchzuführen, das vom Hubble-Weltraumteleskop oder dem James-Webb-Weltraumteleskop nicht erreicht wird. Es liegt an ihnen, einen Drilldown durchzuführen, um die Quelle zu finden“, fügte Leung hinzu. „Es ist ein erstaunliches Radioteleskop.“