Viele internationale Premieren! „China’s Sky Eye“ hat einen weiteren Beitrag geleistet!

Im riesigen Universum kommt es gelegentlich zu einem Radioblitz, der nur wenige Millisekunden dauert. Wer genau sendet diese Radioblitze aus? Welche Informationen enthalten sie? Im letzten Jahrzehnt haben Astronomen nach der Wahrheit gesucht.

Mithilfe des „China Sky Eye“ (FAST) beobachteten chinesische Forscher fast 2.000 Ausbrüche des sich wiederholenden schnellen Radioblitzes FRB 20201124A und erhielten die bislang größte Beobachtungsprobe der Polarisation schneller Radioblitze.

Sie fanden heraus, dass dieser schnelle Radioblitz in einer sehr komplexen, sich dynamisch entwickelnden Umgebung mit starkem Magnetfeld stattfand, und registrierten zum ersten Mal Magnetfeldänderungen innerhalb einer astronomischen Einheit (der Entfernung zwischen Sonne und Erde) um den schnellen Radioblitz herum.

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass FRB 20201124A sehr aktiv ist und aus einem Doppelsternsystem stammen könnte. Die Forschung ist ein wichtiger Schritt zur Bestimmung des Entstehungsmechanismus schneller Radioblitze. Die entsprechenden Ergebnisse wurden am 21. September online in den Fachzeitschriften Nature und Nature Communications veröffentlicht.

Panoramablick auf „China Sky Eye“ im Morgenlicht (Drohnenfoto, aufgenommen während Wartungsarbeiten am 25. Juli 2022). Foto: Xinhua News Agency-Reporter Ou Dongqu

Ein schneller Radioblitz ist eine gewaltige Explosion von Radiowellen im weiten Universum. Es dauert nur sehr kurz, normalerweise nur wenige Millisekunden.

Unterschätzen Sie diese wenigen Millisekunden des Blitzes nicht. Obwohl es nur sehr kurz existiert, ist seine Energie extrem hoch. In diesen wenigen Millisekunden kann es die über zig Milliarden Jahre hinweg erzeugte Elektrizität der Erde vollständig in Form von Radiowellen freisetzen.

Seit der erste schnelle Radioblitz im Jahr 2007 entdeckt wurde, haben Astronomen Hunderte von schnellen Blitzen im gesamten Universum beobachtet. Allerdings sei „der Ursprung und der Energiemechanismus schneller Radioblitze eines der größten Mysterien der heutigen Astronomie, und die Wissenschaftler streiten darüber“, betonte Li Kejia, Forscher an der Peking-Universität und am Nationalen Astronomischen Observatorium der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.

Ursprünglich stammten die von den Astronomen registrierten schnellen Radioblitze hauptsächlich von Orten außerhalb der Milchstraße. Im Jahr 2020 entdeckten Astronomen einen schnellen Radioblitz, der von einem Magnetar in der Milchstraße ausging, einem Neutronenstern mit einem besonders starken Magnetfeld. „Dies zeigt, dass einige schnelle Radioblitze von Magnetaren stammen, der Ursprung dieser schnellen Radioblitze außerhalb der Milchstraße ist jedoch unbekannt. Gleichzeitig liegen der astronomischen Gemeinschaft zwar zahlreiche Beobachtungsdaten zu schnellen Radioblitzen im Radiowellenbereich vor, doch liegen der astronomischen Gemeinschaft seit langem nur sehr wenige direkte Beobachtungen ihrer Kernregionen vor.“ Li Kejia gab zu.

Mithilfe von FAST führte das Forschungsteam eine Langzeitüberwachung von FRB 20201124A durch. „Während einer 82-stündigen Beobachtung über 54 Tage hinweg haben wir 1.863 Impulssignale dieses schnellen Radioblitzes registriert. Seine hohe Frequenz macht ihn zu einem der aktivsten sich wiederholenden Blitze“, sagte Li Kejia.

Bild mit freundlicher Genehmigung der Nationalen Astronomischen Observatorien der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Illustrationen von Yu Jingchuan und Fu Hai

Durch eingehende Beobachtungen dieses schnellen Radioblitzes machte das Forschungsteam mehrere wichtige Entdeckungen, die allesamt international erstmalig sind.

Sie haben einen Film über die dynamische Entwicklung der Faraday-Rotation des schnellen Radioblitzes „gedreht“. „Die Faraday-Rotation kann uns helfen, die Stärke des Magnetfelds in der kosmischen Umgebung zu messen“, erklärte Li Kejia. Dabei entdeckten sie erstmals das merkwürdige evolutionäre Verhalten der Faraday-Rotation. Die Faraday-Rotation zeigte in den ersten 36 Tagen unregelmäßige kurzfristige Veränderungen, blieb in den darauffolgenden 18 Tagen jedoch nahezu unverändert.

Gleichzeitig entdeckte das Forschungsteam erstmals das Quenching-Phänomen schneller Radioblitze, d. h. FRB 20201124A behielt im Frühstadium eine hohe Blitzrate bei und erlosch dann innerhalb von 74 Stunden plötzlich. Li Kejia erklärte hierzu: „Wir haben diesen schnellen Radioblitz alle ein bis zwei Tage mit einer Frequenz von ein bis zwei Stunden beobachtet. Eines Tages war dieser schnelle Radioblitz plötzlich nicht mehr zu sehen. Danach beobachteten wir ihn 15 Tage lang weiter, konnten sein Signal aber immer noch nicht finden. Genau 74 Stunden nach der letzten Beobachtung verschwand er plötzlich.“

„Wir haben außerdem zum ersten Mal das Phänomen gemessen, dass der Polarisationsgrad schneller Radioblitze mit der Wellenlänge elektromagnetischer Wellen oszilliert. Dieses Phänomen zeigt, dass die Umgebung im Abstand zwischen Sonne und Erde um diesen schnellen Radioblitz herum sehr komplex ist und sich dynamisch entwickelt“, sagte Li Kejia.

Darüber hinaus nutzte das Forschungsteam im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit das 10-Meter-Keck-Teleskop in den Vereinigten Staaten, um detaillierte Beobachtungen der Galaxie durchzuführen, in der dieser schnelle Radioausbruch stattfand. Der Co-Autor Dong Subo, Professor an der Peking-Universität, sagte, sie hätten herausgefunden, dass es sich bei der Muttergalaxie um eine metallreiche Balkenspiralgalaxie von etwa der Größe der Milchstraße handele.

Noch wichtiger ist, dass die Forscher auch herausfanden, dass die Sternendichte in der Region, in der dieser schnelle Radioausbruch auftrat, gering ist und weder zu weit noch zu nahe am Zentrum der Galaxie liegt.

„Wir glauben, dass diese Umgebung weder mit dem Modell superheller Supernovae vereinbar ist, die durch extreme Explosionen massereicher Sterne verursacht werden, noch mit dem Modell junger Magnetare, die nach Gammastrahlenausbrüchen entstehen.“ Dies liefere neue Erkenntnisse für die Erforschung der Entstehung schneller Radioblitze, sagte Li Kejia.

Woher kam dieser schnelle Radioblitz? Wang Fayin, Erstautor und korrespondierender Autor des Artikels in Nature Communications und Professor an der Universität Nanjing, sagte, dass das von ihm geleitete Team als erstes entdeckt habe, dass das Magnetfeld um FRB 20201124A seine Richtung geändert habe. „Dieses Phänomen ähnelt dem Doppelstern PSR B1259-63/LS 2883 in der Milchstraße. Daher glauben wir, dass FRB 20201124A in einem Doppelsternsystem entstehen könnte, das aus einem Magnetar und einem Be-Stern besteht (ein Stern, der heißer und größer ist und sich schneller dreht als die Sonne).“

In dem von Wang Fayins Team erstellten Modell wird die Entwicklung der Faraday-Rotation durch die schnelle Radiostrahlung verursacht, die durch die Scheibe des Be-Sterns hindurchgeht. Wenn sich der Magnetar zwischen dem Be-Stern und dem Beobachter bewegt, ändert das Magnetfeld um FRB 20201124A seine Richtung.

„Diese Studie liefert wichtige Hinweise zur Erklärung des Ursprungs schneller Radioblitze. Das heißt, einige schnelle Radioblitze könnten ihren Ursprung in Doppelsternsystemen haben“, sagte Wang Fayin.