Fast Radio Bursts (FRBs) haben Astronomen fasziniert, seit das erste im Jahr 2007 entdeckt wurde. Dieses Ereignis wurde nach seinem Entdecker Duncan Lorimer von der West Virginia University als „Lorimer Burst“ bezeichnet. In der Radioastronomie bezieht sich dieses Phänomen auf transiente Funkimpulse aus entfernten kosmologischen Quellen, die im Durchschnitt einige Millisekunden dauern.
Seit 2007 wurden über zwei Dutzend Ereignisse entdeckt, und die Wissenschaftler sind sich immer noch nicht sicher, was sie verursacht - obwohl die Theorien von explodierenden Sternen und Schwarzen Löchern bis zu Pulsaren und Magnetaren reichen. Laut einer neuen Studie eines Teams chinesischer Astronomen können FRBs jedoch mit Krusten verbunden sein, die sich um „seltsame Sterne“ bilden. Nach einem von ihnen erstellten Modell ist es der Zusammenbruch dieser Krusten, der zu energiereichen Ausbrüchen führt, die in Lichtjahren Entfernung sichtbar sind.
Die Studie mit dem Titel „Fast Radio Bursts aus dem Zusammenbruch von Strange Star Crusts“ erschien kürzlich in Das Astrophysikalisches Journal. Das Team wurde von Yue Zhang von der Fakultät für Astronomie und Weltraumforschung (SASC) der Universität Nanjing geleitet und bestand aus Jin-Jun Geng und Yong-Feng Huang - einem Postdoc und Professor des SASC und des Schlüssellabors für moderne Astronomie und Astrophysik ( auch an der Nanjing University).
Wie sie in ihrer Studie feststellten, konnten alle früheren Versuche, FRBs zu erklären, nicht feststellen, woher diese seltsamen Phänomene stammen. Darüber hinaus wurden bisher keine Gegenstücke in anderen Wellenbereichen für sich nicht wiederholende FRBs entdeckt, und die Untersuchung ihrer Herkunft wurde durch die Untersuchung sich wiederholender FRBs verwechselt. Dies liegt an der Tatsache, dass erstere häufig auf katastrophale Ereignisse zurückgeführt werden, die sich nicht wiederholen können.
Im Fall der FRBs gehören zu diesen katastrophalen Ereignissen „magnetische Riesenfackeln, der Zusammenbruch magnetisierter supramassiver rotierender Neutronensterne, binäre Neutronensternfusionen, binäre Fusionen weißer Zwerge, Kollisionen zwischen Neutronensternen und Asteroiden / Kometen, Kollisionen zwischen Neutronensternen und Weiß Zwerge und Verdunstung ursprünglicher Schwarzer Löcher. “
Alternativ schlagen verschiedene Modelle im Fall der sich wiederholenden FRBs vor, dass diese durch „stark magnetisierte Pulsare, die sich durch Asteroidengürtel bewegen, binären Neutronenstern-Weiß-Zwerg-Massentransfer und Sternbeben von Pulsaren“ verursacht werden könnten. Für ihre Studie schlug das Team ein neues Modell vor, mit dem der Aufbau und Zusammenbruch von Materie auf bestimmten Arten von Neutronensternen (auch bekannt als „seltsame Sterne“) das Verhalten von FRBs erklären könnte. Wie sie erklären:
„Es wurde vermutet, dass seltsame Quarkmaterie (SQM), eine Art dichtes Material, das aus ungefähr der gleichen Anzahl von Auf-, Ab- und seltsamen Quarks besteht, eine geringere Energie pro Baryon haben kann als gewöhnliche Kernmaterie (wie 56 Fe) dass es der wahre Grundzustand der hadronischen Materie sein kann. Wenn diese Hypothese richtig ist, können Neutronensterne (NSs) tatsächlich „seltsame Sterne“ sein.
Nach diesem Modell bilden seltsame Sterne im Laufe der Zeit eine Schicht hadronischer (auch „normaler“) Materie auf ihrer Oberfläche. Wenn diese SQM-Sterne Materie aus ihrer Umgebung ansammeln, werden ihre Krusten immer schwerer. Dies führt schließlich zum Zusammenbruch der Kruste und hinterlässt einen heißen und bloßen seltsamen Stern, der zu einer starken Quelle für Elektronen und Positronenpaare wird.
Diese Paare würden dann zusammen mit großen Mengen magnetischer Energie über einen sehr kurzen Zeitraum freigesetzt. Das Team stellte ferner die Hypothese auf, dass während eines Zusammenbruchs ein Teil der magnetischen Energie in die Polkappenregion der SQM-Sterne übertragen würde, wo die Magnetfeld-Energie freigesetzt wird. Dies würde dazu führen, dass die Elektronen und Positronen auf ultrarelativistische Geschwindigkeiten beschleunigt werden, die sich dann entlang der Magnetfeldlinien ausdehnen und eine Hülle bilden.
Ab einer bestimmten Entfernung vom Stern wird eine kohärente Emission in Radiobändern erzeugt, die ein FRB-Ereignis hervorruft. Sie theoretisieren auch, dass dasselbe Phänomen zu wiederholten FRBs führen könnte. Eine Möglichkeit besteht darin, dass die Kruste eines SQM-Sterns im Laufe der Zeit rekonstruiert werden kann, wodurch wiederholte Ereignisse möglich werden. Eine zweite ist, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt nur kleine Krustenabschnitte zusammenbrechen, was zu wiederholten Ereignissen führt.
Abschließend sind weitere Studien erforderlich, bevor dies so oder so gesagt werden kann:
Aufgrund dieser langen Rekonstruktionszeitspanne ist es in unserem Szenario unwahrscheinlich, dass mehrere FRB-Ereignisse aus derselben Quelle auftreten. Unser Modell ist daher besser geeignet, um die sich nicht wiederholenden FRBs zu erklären. Wir sollten jedoch auch beachten, dass während des Kollapsprozesses nur ein kleiner Teil (im Bereich der Polkappe) der Kruste auf den SQM-Kern fällt, während der andere Teil der Kruste bleibt stabil, dann kann die wiederaufgebaute Zeitskala für die Kruste deutlich reduziert werden und wiederholte FRBs wären immer noch möglich.
Eine andere Sache, von der sie behaupten, dass sie weitere Untersuchungen erfordert, ist, ob der Zusammenbruch der Kruste eines seltsamen Sterns zu anderer elektromagnetischer Strahlung als Radiowellen führen könnte oder nicht. Gegenwärtig wären Emissionen in den Röntgen- und Gammastrahlenbändern zu schwach, als dass Stromdetektoren sie beobachten könnten. Aus diesen Gründen sind weitere Untersuchungen von FRB-Quellen mit empfindlicheren Instrumenten erforderlich.
Dazu gehören das CHIME-Teleskop (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) in Penticton, British Columbia, und das derzeit in Südafrika und Australien im Bau befindliche Square Kilometer Array (SQA). Es wird erwartet, dass diese Einrichtungen, die für die Radioastronomie optimiert sind, viel mehr über FRBs und andere mysteriöse kosmische Phänomene enthüllen.
