Schnelle Funkstöße, die als „Suchscheinwerfer“ zum Aufspüren von Gas in der Milchstraße verwendet werden

Die Forscherin Amanda Cook von der University of Toronto hat einen Weg gefunden, helle Signale aus dem gesamten Universum zu nutzen, um die Atmosphäre der Milchstraße zu bestimmen.

Die von ihr verwendeten Funksignale stammen von dem astronomischen Phänomen, das als Fast Radio Bursts (FRBs) bekannt ist – rätselhafte Himmelsobjekte, die kurze Funkwellenblitze erzeugen und als eines der größten Mysterien der Astronomie gelten.

Da ein FRB gleichzeitig sowohl hochfrequente Radiowellen (das Äquivalent zu blauem Licht) als auch niederfrequente Radiowellen (das Äquivalent zu rotem Licht) erzeugt, ist zu erwarten, dass die verschiedenen Farben der Radiowellen gleichzeitig an einem Teleskop ankommen. Aber das ist nicht, was passiert. Wenn ein FRB durch Gas strömt, verlangsamt er sich – mehr bei hohen Frequenzen als bei niedrigen Frequenzen. Das Ergebnis ist eine Verzögerung zwischen den verschiedenen Frequenzen oder Farben, die unser Teleskop erreichen, wodurch das Signal des Funkstoßes effektiv zeitlich verwischt wird.

Astronomen wie Cook nennen dieses Verschmieren „Dispersion“ und können es als Werkzeug verwenden, um ansonsten unsichtbares Gas im gesamten Kosmos zu entdecken.

„Das Universum mit Verschmieren zu untersuchen, ist wie die Heizkostenabrechnung zu Hause zu berechnen, um herauszufinden, wie das Wetter im Winter gewesen sein muss“, sagt Cook, ein Ph.D. Kandidat an der David A. Dunlap-Abteilung für Astronomie und Astrophysik und am Dunlap-Institut für Astronomie und Astrophysik an der Fakultät für Kunst und Wissenschaft.

„So wie Ihnen Ihre Heizkostenabrechnung sagt, ob es ein strenger Winter oder ein milder Winter war – aber nicht, wie die Temperatur an einem bestimmten Datum war –, erlaubt uns die Verschmierung, die wir sehen, auf die Gesamtmenge des Materials zu schließen, das die Das FRB-Signal ist auf seiner Reise vom FRB zur Erde angetroffen worden. Es kann uns einfach nicht sagen, wie dieses Material auf dem Weg verteilt wurde.“

„Entscheidend ist, dass unabhängig davon, wie Gas vor dem FRB verteilt ist, ein FRB-Signal, das stärker verschmiert ist, wenn es unsere Teleskope erreicht, genauso von einem weiter entfernten FRB erzeugt werden muss wie eine teure Heizung Bill muss insgesamt einen kalten Winter bedeutet haben“, fährt sie fort.

In diesem Fall verwendete Cook die Dispersionsmethode, um zu messen, wie viel Gas im Halo der Milchstraße vorhanden ist – einer „Atmosphäre“ der Milchstraße, die sich um etwa eine halbe Million Lichtjahre in alle Richtungen nach außen erstreckt.

Unter Verwendung von FRB-Signalen, die vom Radioteleskop Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) gesammelt wurden, entdeckten Cook und ihr Team, dass der Halo der Milchstraße viel weniger Gas enthält, als frühere Modelle vorhergesagt hatten. Die Ergebnisse wurden im veröffentlicht Astrophysikalische Zeitschrift in einer Studie mit dem Titel „An FRB Sent Me a DM“.

Obwohl frühere Studien verwandte Techniken angewendet hatten, ist dies das erste Mal, dass das Gas des Halos mit einer großen einheitlichen Probe von FRBs gemessen wurde – dank des CHIME-Teleskops.

Das Team verwendete FRB-Signale in verschiedenen Entfernungen von der Erde, um das Ergebnis zu erhalten. Cook vergleicht diesen Ansatz mit dem Versuch, die durchschnittliche Fahrstrecke von verschiedenen kanadischen Grenzübergängen nach Toronto zu berechnen, indem er Freunde aus verschiedenen amerikanischen Bundesstaaten nach Toronto fahren lässt und Ihnen nur die Gesamtstrecke mitteilt, die sie zurückgelegt haben. Die Informationen Ihres texanischen Freundes werden nicht besonders nützlich sein, aber die Erfahrungen Ihrer Freunde aus Michigan und New York können viel aufschlussreicher sein. Und wenn Sie Freunde haben, die direkt an der Grenze leben, in Buffalo oder Detroit, dann werden Ihnen deren Antworten ziemlich genau die Informationen geben, die Sie brauchen.

Cook und ihr Betreuer, Professor Bryan Gaensler, haben an dieser Forschung gearbeitet, seit sie Doktorandin im ersten Jahr war. „Am Ende war es viel schwieriger, als wir dachten“, sagt Cook.

Es war schwierig genug, dass sie, Gaensler und ihre Kollegen tatsächlich über herkömmliche astronomische Modelle hinausgingen. Sie wandten sich an Forscher auf einem ganz anderen Gebiet – der Statistik – und baten diese Kollegen um eine neue Reihe von Methoden, die sie auf ihren Ansatz anwenden könnten.

„Dies ist eine aufregende neue Art, unsere Milchstraße zu untersuchen“, sagt Gaensler, der auch Autor der Publikation ist. „Wir versuchen immer noch herauszufinden, was schnelle Funkstöße eigentlich sind, aber in der Zwischenzeit können wir sie als Suchscheinwerfer verwenden, um Dinge viel näher an der Heimat zu untersuchen.“

Cook und Gaensler stellen fest, dass FRB-Signale verwendet werden könnten, um die Struktur von allem zu untersuchen, was das FRB-Signal auf seiner langen Reise durchläuft, einschließlich des Materials zwischen Galaxien, der Halos anderer Galaxien und des Gases innerhalb von Galaxien.

In der Zwischenzeit werden viele weitere FRB-Entdeckungen erwartet. Mit noch mehr Daten hoffen Cook und ihr Team, eine 3D-Karte des Halo der Milchstraße zu erstellen. „Jeder FRB gibt uns eine Messung des Halo der Milchstraße in einer Richtung, so dass wir, wenn wir sie weiter sammeln, ein detailliertes Bild aufbauen können“, sagt Cook.

Darüber hinaus stellt sie fest, dass diese Hinweise zu unserem Verständnis des frühen Universums beitragen.

„Die Verbesserung unseres Wissens über den Halo der Milchstraße hilft uns, etwas über die Entstehung unserer Galaxie als Ganzes zu lernen.“