Am 20. Mai fing das „China Sky Eye“ zum vierten Mal in Folge mysteriöse Signale in 3 Milliarden Lichtjahren Entfernung ein.

Text | Gan Xiao, Reporter von China Science News

In der Forschungsgruppe von Li Di, einem Forscher am Nationalen Astronomischen Observatorium der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (im Folgenden als Nationales Astronomisches Observatorium bezeichnet), trägt Niu Chenhui, ein in den 1990er Jahren geborener Postdoktorand, den Spitznamen „Superstar“. Er bekam den Namen einfach, weil er auf einem Gruppenfoto besonders groß und stämmig aussah.

Auf der Suche nach schnellen Radioblitzen (FRBs) strebt Niu Chenhui danach, ein echter „Superstar“ zu werden.

Am 9. Juni Pekinger Zeit veröffentlichte ein internationales Team unter der Leitung von Li Di einen Artikel in Nature, in dem es berichtete, dass sie mit Hilfe des chinesischen Sky Eye FAST (500-Meter Aperture Spherical Radio Telescope) den bislang einzigen kontinuierlich aktiven, sich wiederholenden schnellen Radioausbruch entdeckt und ihn „FRB 20190520B“ genannt hätten. Anschließende koordinierte Beobachtungen durch mehrere internationale Geräte am Himmel und auf der Erde haben ergeben, dass sich sein „Zuhause“ in einer metallarmen Zwerggalaxie befindet, die drei Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Niu Chenhui ist der Erstautor dieses Artikels.

Als weltweit größtes Einzelaperturteleskop hat FAST mit Unterstützung des vorrangigen Projekts „Multiple Science Targets Simultaneous Sky Survey (CRAFTS)“ nach schnellen Radioblitzen gesucht und mindestens sechs neue FRBs entdeckt. Damit leistete es einzigartige Beiträge zur Aufklärung des Mechanismus dieses mysteriösen Phänomens im Universum und zur Weiterentwicklung der Forschung in diesem neuen Bereich der Astronomie.

Panoramablick auf „China Sky Eye“ (Drohnenfoto). Foto: Xinhua News Agency-Reporter Ou Dongqu

Auf einer Pressekonferenz der Chinesischen Akademie der Wissenschaften am 7. Juni, bei der auf die Baugeschichte von FAST in den letzten 20 Jahren zurückgeblickt wurde, zeigte sich Jiang Peng, stellvertretender Direktor und Chefingenieur des FAST-Betriebs- und Entwicklungszentrums des Nationalen Astronomischen Observatoriums, sehr zufrieden. Er scherzte: „Die damaligen Schwierigkeiten haben uns im Hinblick auf die Zukunft verunsichert. Wenn wir gewusst hätten, dass FAST so viele Erfolge erzielen würde, hätten wir vielleicht noch härter gearbeitet!“

Kein „Blinken“ mehr

Schnelle Radioblitze sind die hellsten Radioexplosionen im Universum und wurden erstmals im Jahr 2007 entdeckt. Man kann sie verstehen, indem man sie in drei Teile unterteilt: „schnell“, „Radio“ und „Burst“. „Schnell“ bedeutet hier, dass der Ausbruch nur sehr kurz anhält. „Ein Mensch braucht etwa 300 Millisekunden, um zu blinzeln, während FRB 1 Millisekunde dauert, was viel schneller ist als ein Wimpernschlag“, sagte Niu Chenhui.

„Radio“ bezieht sich auf das elektromagnetische Wellenband, in dem es sich befindet; Mit „Burst“ wird das gewaltige Explosionsphänomen bezeichnet, das die von der Sonne in etwa einem ganzen Jahr abgestrahlte Energie in weniger als 1 Millisekunde freisetzen kann.

Aus der Dispersions-Rotverschiebungs-Beziehung geht klar hervor, dass FRB 20190520B die größte Elektronendichte der Wirtsgalaxie aufweist. (Foto mit freundlicher Genehmigung der National Astronomical Observatories, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Die Frage ist also: Was um alles in der Welt kann in einem Moment, der kürzer als ein Wimpernschlag ist, eine so hohe Energie freisetzen? Ist das ein Signal von Außerirdischen? In diesem Zusammenhang ist Li Qi der Meinung, dass „die derzeit bekannten wissenschaftlichen Erkenntnisse das ‚übernatürliche‘ Phänomen, dass FRBs von Außerirdischen stammen, nicht stützen. Wissenschaftler glauben, dass FRBs von Neutronensternen oder Zwerggalaxien stammen könnten.“

Derselbe FRB kann über lange Zeit oft nur einmal nachgewiesen werden, genau wie jeder „geheime Blick“ in die Tiefen des Universums, der flüchtig ist und nie wieder auftaucht. Natürlich ist es unmöglich, die „zwinkernde Person“ zu sehen oder zu finden – „Auf Wiedersehen, wir sehen uns nie wieder.“

Erst im Jahr 2016 wurde vom Arecibo-Teleskop in den USA ein wiederholtes „Blinken“ registriert, das den Namen FRB 20121102A erhielt. Durch die kontinuierliche Verbesserung der Beobachtungsausrüstung wurden weltweit fast 500 FRBs gemeldet, und nur weniger als 10 davon weisen aktive Ausbrüche auf. Aber auch wiederholte FRBs haben ihr Zeitfenster. Sobald die Zeitspanne abgelaufen ist, verstecken sie sich wieder in der Dunkelheit. Die ständig aktiven, sich wiederholenden schnellen Radioblitze, von denen die Wissenschaftler erwartet hatten, dass sie „blinkend“ auftreten, sind schon seit langer Zeit nicht mehr aufgetreten.

4 mal in 20 Sekunden, ein Blick für tausend Jahre

Der Wendepunkt ereignete sich in der Nacht des 20. Mai 2019. FAST stand in einer Ecke von Pingtang, Guizhou, und blickte wie üblich zum Himmel hinauf. Seine große Öffnung von 500 Metern verleiht ihm eine hohe Empfindlichkeit beim Erkennen elektromagnetischer Wellen und ermöglicht es ihm, den Geräuschen des Universums zu lauschen. „Piep, piep, piep …“ Innerhalb von 10 Sekunden eines Strahldurchlaufs sah FAST drei „Blinksignale“. 20 Sekunden später wurde ein weiteres „Blinken“ erkannt, als ein anderer Strahl eine benachbarte Position abtastete.

Niu Chenhui entdeckte in den riesigen Datenmengen innerhalb von 20 Sekunden vier Pulssignale. Er war überrascht und erfreut: Noch ein sich wiederholender FRB? ! Dann beruhigte ihn seine Vernunft als wissenschaftlicher Forscher, und nachdem er Pulsar- und Funkstörungen ausgeschlossen hatte, stellte er fest, dass der Puls tatsächlich von einem neuen FRB stammte, und entsprechend der Konvention, ihn nach dem Entdeckungsdatum zu benennen, nannte er ihn FRB 20190520B.

Bei Folgebeobachtungen entdeckten er und seine Kollegen neue Überraschungen. FRB 20190520B ist nicht nur repetitiv, sondern auch ein kontinuierlich aktiver schneller Radioblitz ohne Explosionsfenster. In diesem neu veröffentlichten Artikel bestätigten sie, dass dies der weltweit erste kontinuierlich aktive, sich wiederholende schnelle Radioblitz ist.

„20190520, immer noch 520.“ Niu Chenhui, der normalerweise sehr gewissenhaft wissenschaftlich forscht, empfindet ein wunderbares Schicksal, das sich nicht in Worte fassen lässt. „Seine anhaltende Aktivität scheint ein Zeichen für eine anhaltende Liebesbeziehung mit FAST nach dieser Begegnung auf den ersten Blick zu sein.“

„Auf der Suche nach der Heimat“ 3 Milliarden Lichtjahre entfernt

Die wissenschaftliche Forschung beschränkt sich nicht auf romantische Vorstellungen. Die Forscher begannen rasch mit einer umfassenden Untersuchung dieses besonderen FRB.

Um seinen „Heimatort“ genau zu lokalisieren, initiierte das Forschungsteam von Li Di eine internationale Zusammenarbeit. Das Team arbeitete mit dem Very Large Array Telescope in den Vereinigten Staaten, dem Palomar 200-Zoll-Teleskop und dem Keck-Teleskop in den Vereinigten Staaten, dem Canada-France-Hawaii Telescope und dem Subaru Near-Infrared Optical Telescope in Japan zusammen und stellte fest, dass es sich bei ihrer „Wirtsgalaxie“ um eine metallarme Zwerggalaxie handelt, die 3 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt ist.

Li Qi betonte: „Obwohl Teleskope auf der ganzen Welt von verschiedenen Ländern gebaut und investiert werden, blicken wir auf denselben Himmel. Die Astronomie ist das gemeinsame Ziel der gesamten Menschheit.“

Gleichzeitig zeigen die charakteristischen Daten des „Dispersionswerts“, dass die Elektronendichte in der Nähe der Quelle von FRB 20190520B viel höher ist als die anderer FRBs, was darauf hindeutet, dass er während seines Ausbreitungswegs in seiner Wirtsgalaxie eine komplexe Elektronendichteverteilung durchlaufen hat. Einfach ausgedrückt ist die Umgebung seiner Wirtsgalaxie so komplex, dass es dem heftigen Radioblitz schwerfällt, seine „Heimat“ zu verlassen, seine Reise zur Erde verläuft danach jedoch relativ reibungslos.

Duncan Lorimer, Begründer des FRB-Feldes, kommentierte: „Basierend auf den oben genannten Erkenntnissen denke ich, dass schnelle Radioblitze unterschiedlich klassifiziert werden können. Da die Anzahl der schnellen Radioblitze weiter zunimmt, ist zu erwarten, dass wir in den nächsten Jahren das Geheimnis der schnellen Radioblitze lüften können.“

Darüber hinaus stellten die Forscher fest, dass FRB 20190520B und FRB 20121102A Ähnlichkeiten wie „Zwillingsbrüder“ aufweisen. Dazu gehört das Vorhandensein von kontinuierlichen Radioquellen in der Nähe, eine extreme Aktivität und komplexe elektromagnetische Umgebungen. „Sie könnten die frühen Stadien der Entwicklung schneller Radioblitze darstellen“, sagte Niu Chenhui gegenüber China Science Daily.

Heute ist das Arecibo-Teleskop, das FRB 20121102A entdeckt hat, aufgrund von Reparaturproblemen zusammengebrochen und der Staffelstab wurde an FAST weitergegeben. Li Di geht davon aus, dass die kontinuierlichen Beobachtungen von FAST mit Unterstützung des vorrangigen Projekts „Fast Radio Burst Survey“ ein neues Bild der FRB-Entwicklung liefern werden.

Natürlich übernahm auch Niu Chenhui den „Staffelstab“. Er wird sich immer an die Worte des verstorbenen Herrn Nan Rendong erinnern, der FAST selbst gebaut hat: „Die beste astronomische Ausrüstung wird eigentlich für die nächste Generation von Astronomen gebaut, für die jungen Leute, die derzeit studieren oder eingeschrieben werden.“

„Ich bin der ‚junge Mann‘, den der Herr damals erwähnte. Ich schätze mich glücklich, auf den Schultern von Riesen stehen zu können“, sagte Niu Chenhui.

Zugehörige Papierinformationen:

https://doi.org/10.1038/s41586-022-04755-5

China Science Daily (10.06.2022, Seite 1, Originaltitel der Nachrichten: „Die Begegnung zwischen FAST und 520 wird ein Leben lang anhalten“)

Herausgeber | Zhao Lu

Schriftsatz | Zhihai