„Klecksartige“ Heimat des am weitesten bekannten schnellen Radioausbruchs ist eine Ansammlung von sieben Galaxien, finden Forscher

Im Sommer 2022 entdeckten Astronomen den stärksten jemals beobachteten Fast Radio Burst (FRB). Und da es sich um einen Ort handelte, der etwa auf die Zeit vor dem Urknall zurückgeht, handelte es sich auch um den am weitesten entfernten bekannten FRB, der bisher gesichtet wurde.

Jetzt haben Astronomen unter der Leitung der Northwestern University den Geburtsort des außergewöhnlichen Objekts lokalisiert – und er ist in der Tat ziemlich merkwürdig.

Anhand von Bildern des Hubble-Weltraumteleskops der NASA konnten die Forscher den FRB nicht auf eine Galaxie zurückführen, sondern auf eine Gruppe von mindestens sieben Galaxien. Die Galaxien in der Sammlung scheinen miteinander zu interagieren – vielleicht sogar auf dem Weg zu einer möglichen Verschmelzung. Solche Galaxiengruppen sind selten und führten möglicherweise zu Bedingungen, die den FRB auslösten.

Der unerwartete Befund könnte wissenschaftliche Modelle darüber, wie FRBs hergestellt werden und was sie produziert, in Frage stellen.

„Ohne die Bildgebung des Hubble wäre es immer noch ein Rätsel, ob dieser FRB aus einer monolithischen Galaxie oder aus einer Art interagierendem System stammt“, sagte Alexa Gordon von Northwestern, die die Studie leitete. „Es sind diese Art von Umgebungen – diese seltsamen –, die uns zu einem besseren Verständnis des Geheimnisses der FRBs führen.“

Gordon präsentiert diese Forschung während der 243. Treffen der American Astronomical Society findet vom 7. bis 11. Januar in New Orleans, Louisiana, statt. Ein entsprechendes Papier liegt ebenfalls vor veröffentlicht auf der arXiv Preprint-Server.

Gordon ist Doktorandin der Astronomie am Weinberg College of Arts and Sciences der Northwestern University, wo sie von der Co-Autorin der Studie, Wen-fai Fong, einem außerordentlichen Professor für Physik und Astronomie, beraten wird. Fong und Gordon sind außerdem Mitglieder des Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA).

Geburt aus einem Klecks?

FRBs, die innerhalb von Millisekunden aufflammen und verschwinden, sind kurze, starke Radioexplosionen, die in einem kurzen Ausbruch mehr Energie erzeugen, als unsere Sonne in einem ganzen Jahr aussendet. Und der rekordverdächtige FRB (genannt FRB 20220610A) war noch extremer als seine Vorgänger.

Es war nicht nur viermal energiereicher als näher gelegene FRBs, es war auch das am weitesten entfernte FRB, das bisher entdeckt wurde. Als FRB 20220610A entstand, war das Universum gerade einmal 5 Milliarden Jahre alt. (Zum Vergleich: Das Universum ist jetzt 13,8 Milliarden Jahre alt.)

Frühen Beobachtungen zufolge schien der Ausbruch in der Nähe eines nicht identifizierbaren, amorphen Klumpens entstanden zu sein, von dem Astronomen zunächst annahmen, dass es sich entweder um eine einzelne, unregelmäßige Galaxie oder um eine Gruppe von drei entfernten Galaxien handelte. Aber in einer neuen Wendung deuten die scharfen Bilder des Hubble nun darauf hin, dass es sich bei dem Klumpen um mindestens sieben Galaxien handeln könnte, die unglaublich nahe beieinander liegen. Tatsächlich sind die Galaxien so nah beieinander, dass sie alle in unsere eigene Milchstraße passen könnten.

„Es gibt einige Anzeichen dafür, dass die Gruppenmitglieder ‚interagieren‘“, sagte Fong. „Mit anderen Worten, sie könnten Materialien austauschen oder möglicherweise auf dem Weg zur Verschmelzung sein. Diese Galaxiengruppen (sogenannte kompakte Gruppen) sind unglaublich seltene Umgebungen im Universum und die dichtesten Strukturen im Galaxienmaßstab, die wir kennen.“

„Diese Wechselwirkung könnte Ausbrüche von Sternentstehung auslösen“, sagte Gordon. „Das könnte darauf hindeuten, dass der Vorläufer von FRB 20220610A mit einer relativ neuen Sternenpopulation in Verbindung steht, was mit dem übereinstimmt, was wir von anderen FRBs gelernt haben.“

„Trotz Hunderter bisher entdeckter FRB-Ereignisse konnte nur ein Bruchteil davon auf ihre Wirtsgalaxien zurückgeführt werden“, sagte der Co-Autor der Studie, Yuxin (Vic) Dong, ein NSF Graduate Research, Astronomie-Doktorand. Student in Fongs Labor und Mitglied von CIERA. „In diesem kleinen Teil stammten nur wenige aus einer dichten galaktischen Umgebung, aber in einer so kompakten Gruppe wurde noch nie jemand gesehen. Sein Geburtsort ist also wirklich selten.“

Rätselhafte Explosionen

Obwohl Astronomen seit ihrer ersten Entdeckung im Jahr 2007 bis zu 1.000 FRBs entdeckt haben, bleiben die Quellen hinter den blendenden Blitzen hartnäckig ungewiss. Während die Astronomen noch keinen Konsens über die möglichen Mechanismen hinter FRBs erzielen konnten, sind sie sich im Allgemeinen darüber einig, dass es sich bei FRBs um ein kompaktes Objekt wie ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern handeln muss.

Durch die Enthüllung der wahren Natur von FRBs konnten Astronomen nicht nur etwas über die mysteriösen Phänomene, sondern auch über die wahre Natur des Universums selbst lernen. Wenn Radiowellen von FRBs endlich auf unsere Teleskope treffen, haben sie Milliarden von Jahren aus dem fernen, frühen Universum zurückgelegt. Während dieser Odyssee durch das Universum interagieren sie unterwegs mit Material.

„Insbesondere Radiowellen reagieren empfindlich auf jegliches dazwischenliegende Material entlang der Sichtlinie – vom FRB-Standort zu uns“, sagte Fong. „Das bedeutet, dass die Wellen durch jede Materialwolke rund um den FRB-Standort, durch ihre Wirtsgalaxie, durch das Universum und schließlich durch die Milchstraße wandern müssen. Anhand einer Zeitverzögerung im FRB-Signal selbst können wir die Summe von allem messen.“ dieser Beiträge.“

Um weiterhin FRBs und ihre Ursprünge zu erforschen, müssen Astronomen mehr von ihnen entdecken und untersuchen. Und da die Technologie immer empfindlicher wird, stehen laut Gordon weitere Erkennungen – möglicherweise sogar die Erfassung unglaublich schwacher FRBs – unmittelbar bevor.

„Mit einer größeren Stichprobe entfernter FRBs können wir beginnen, die Entwicklung von FRBs und ihren Wirtseigenschaften zu untersuchen, indem wir sie mit näher gelegenen FRBs verbinden und vielleicht sogar damit beginnen, seltsamere Populationen zu identifizieren“, sagte Dong.

„In naher Zukunft werden FRB-Experimente ihre Empfindlichkeit erhöhen, was zu einer beispiellosen Anzahl an FRBs führen wird, die in diesen Entfernungen entdeckt werden“, sagte Gordon. „Astronomen werden bald erfahren, wie besonders die Umgebung dieses FRB war.“

Die Studie trägt den Titel „Ein schneller Radioausbruch in einer kompakten Galaxiengruppe bei z ~ 1“. Astronomen entdeckten FRB 20220610A zunächst mit dem australischen Radioteleskop Square Kilometre Array Pathfinder in Westaustralien und bestätigten dann seinen Ursprung mit dem Very Large Telescope des European Southern Observatory in Chile.