Astronomen haben einen intensiven Ausbruch von Radiowellen verwendet, der von einer nahe gelegenen Galaxie stammt, um den Gashalo zu inspizieren, der unsere eigene Milchstraßengalaxie umgibt. Die Wissenschaftler untersuchten die Art und Weise, wie das Licht des sogenannten Fast Radio Burst oder FRB auf seinem Weg aus dem Weltraum in unsere Galaxie gestreut wurde, um abzuschätzen, wie viel Materie sich im Halo der Galaxie befindet. Das ist ein bisschen so, als würde man mit einer Taschenlampe durch Nebel leuchten, um zu sehen, wie dick die Wolke ist; Je mehr Materie vorhanden ist, desto stärker wird das Licht zerstreut.
Die Ergebnisse zeigen, dass unsere Galaxie deutlich weniger „normale“ oder baryonische Materie (die gleiche Art von Materie, aus der Sterne, Planeten und Lebewesen bestehen) als erwartet hat. Dies wiederum unterstützt Theorien, die besagen, dass Materie regelmäßig durch starke Sternwinde, explodierende Sterne und aktives Füttern oder Akkretieren von supermassereichen Schwarzen Löchern aus Galaxien geschleudert wird.
„Diese Ergebnisse unterstützen nachdrücklich Szenarien, die von Galaxienbildungssimulationen vorhergesagt wurden, bei denen Rückkopplungsprozesse Materie aus den Halos von Galaxien vertreiben“, sagt Vikram Ravi, Assistenzprofessor für Astronomie am Caltech, der die Ergebnisse am 9. Januar auf dem 241. Treffen der American Astronomical vorstellte Gesellschaft (AAS) in Seattle. „Dies ist grundlegend für die Entstehung von Galaxien, bei der Materie in Zyklen in Galaxien eingeschleust und wieder herausgeblasen wird“, sagt Ravi.
Die neuesten Erkenntnisse, vorgelegt Das Astrophysikalische Journal, sind Teil einer Schar neuer Ergebnisse von Caltechs Deep Synoptic Array (DSA), einer Sammlung von Funkschüsseln, die sich in der Hochwüste des Owens Valley Radio Observatory, östlich der kalifornischen Sierra Nevada, befinden. Der Zweck des DSA ist es, FRBs zu entdecken und zu untersuchen – mysteriöse Funkwellenblitze, die typischerweise aus der Tiefe des Kosmos stammen. Der erste FRB wurde 2007 entdeckt und Hunderte werden jetzt jedes Jahr beobachtet.
Eine der Herausforderungen bei der Untersuchung von FRBs besteht darin, ihren Herkunftsort zu identifizieren. Zu wissen, wo die FRBs entstehen, hilft Astronomen zu bestimmen, was die intensiven kosmischen Blitze auslösen könnte. Die Identifizierung ihrer Standorte ist auch für die Verwendung von FRBs unerlässlich, um zu untersuchen, wie baryonische Materie im Universum verteilt ist. Von den mehreren hundert bisher entdeckten FRBs wurden nur 21 bekannten Galaxien zugeordnet. Die DSA, die im Februar 2022 mit der Inbetriebnahme begann, hat bereits die Standorte von 30 neuen FRBs entdeckt und lokalisiert.
„Wir waren zuerst verwirrt darüber, warum wir so viele FRBs entdeckten“, sagt Ravi, der Co-Ermittler für DSA ist. „Aber es kommt auf eine sorgfältige Konstruktion der Antennen und Empfänger sowie der Software-Pipelines an. Wir verpassen jetzt kaum noch etwas.“
Zusätzlich zum Fund von weniger Materie als erwartet in unserer Milchstraße haben andere frühe Ergebnisse des Teleskop-Arrays zu neuen Fragen über den führenden Kandidaten für die Ursache von FRBs geführt. Frühere Ergebnisse haben gezeigt, dass kürzlich verstorbene Sterne mit extremer Magnetisierung, sogenannte Magnetare, die Quelle von FRBs sein könnten. Zum Beispiel haben im Jahr 2020 mehrere Teleskope, darunter das STARE2 (Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2) von Caltech, einen Magnetar auf frischer Tat ertappt, als er einen intensiven FRB in unserer eigenen Galaxie abgeschossen hat. Neue Beobachtungen von DSA zeigen jedoch, dass FRBs aus einer Vielzahl von Galaxien stammen, einschließlich aus älteren Galaxien in reichen Galaxienhaufen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass FRBs, wenn sie von Magnetaren emittiert werden, über mehrere potenziell unbekannte Wege gebildet werden.
„Magnetare wie die in der Milchstraße entstehen während Episoden intensiver Sternentstehung“, sagt Ravi. „Es war überraschend, FRBs aus Galaxien zu finden, die größtenteils aufgehört haben, Sterne zu bilden.“
Ravi sagt, dass die DSA noch mächtiger werden wird, wenn das Team zusätzliche Radioschüsseln online bringt. Bisher sind nur 63 von insgesamt 110 geplanten Gerichten in Betrieb.
„Die DSA sammelt und verarbeitet ständig enorme Datenmengen“, sagt Ravi. „Die Datenrate entspricht dem gleichzeitigen Anschauen von 28.000 Netflix-Filmen.“
Für die Zukunft planen Caltech-Astronomen zusammen mit Mitarbeitern den Bau eines noch größeren Arrays namens DSA-2000, ein Netzwerk aus 2.000 Funkschüsseln, das das leistungsstärkste jemals gebaute Radio-Survey-Teleskop wäre. Das Projekt würde eine Datenrate verarbeiten, die 20 % des heutigen weltweiten Internetverkehrs entspricht, und eine Milliarde neuer Radioquellen erkennen, was 100-mal mehr ist, als wir heute kennen. Dies würde 40.000 neue FRBs beinhalten.
„Das DSA-2000 wird auf den Fortschritten des DSA aufbauen und die Radioastronomie revolutionieren“, sagt Gregg Hallinan, Professor für Astronomie am Caltech, Direktor des Owens Valley Radio Observatory und Hauptforscher von DSA-2000.
Mehr Informationen:
Vikram Ravi et al, Deep Synoptic Array science: a 50 Mpc fast radio burst beschränkt die Masse des zirkumgalaktischen Mediums der Milchstraße, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2301.01000