Fast Radio Bursts (FRBs) sind in den letzten zehn Jahren zu einem Schwerpunkt der Forschung geworden. In der Radioastronomie bezieht sich dieses Phänomen auf transiente Funkimpulse aus entfernten kosmologischen Quellen, die im Durchschnitt nur wenige Millisekunden dauern. Seit das erste Ereignis im Jahr 2007 entdeckt wurde (der „Lorimer Burst“), wurden 34 FRBs beobachtet, aber die Wissenschaftler sind sich immer noch nicht sicher, was sie verursacht.
Mit Theorien, die von explodierenden Sternen und Schwarzen Löchern über Pulsare und Magnetare bis hin zu Botschaften von außerirdischen Intelligenzen (ETIs) reichen, sind Astronomen entschlossen, mehr über diese seltsamen Signale zu erfahren. Und dank einer neuen Studie eines Teams australischer Forscher, die den Australia Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) verwendeten, hat sich die Anzahl der bekannten Quellen für FRBs fast verdoppelt.
Die Studie, die ihre Forschung detailliert beschreibt und kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Natur, wurde von Dr. Ryan Shannon geleitet - einem Forscher der Swinburne University of Technology und des OzGrav ARC Centre of Excellence - und umfasste Mitglieder des Internationalen Zentrums für Radioastronomieforschung (ICRAR), der Australia Telescope National Facility (ATNF), der ARC Kompetenzzentrum für All-Sky-Astrophysik (CAASTRO) und mehrere Universitäten.
Wie sie in ihrer Studie feststellten, wurden Versuche, FRBs als Ganzes zu verstehen, durch eine Reihe von Faktoren behindert. Zum einen wurden frühere Suchen mit Teleskopen durchgeführt, die sich in Bezug auf die Empfindlichkeit, in verschiedenen Funkfrequenzen und in Umgebungen mit unterschiedlichen Hochfrequenzstörungen unterscheiden - die das Ergebnis menschlicher Aktivitäten sind.
Zweitens wurden frühere Suchvorgänge durch die vorübergehende Natur von Quellen und die schlechte Winkelauflösung von Detektionsinstrumenten erschwert, was zu Unsicherheiten hinsichtlich der Quellen von FRBs und ihrer Helligkeit geführt hat. Um dies zu beheben, führte das Team eine gut kontrollierte Weitfeld-Funkuntersuchung für eine Reihe von Ausbrüchen durch, die 2016 entdeckt und auf eine 3,7 Milliarden Lichtjahre entfernte Zwerggalaxie zurückgeführt wurden.
Das Team führte diese Umfrage mit dem ASKAP-Array durch, dem weltweit schnellsten Funkvermessungsteleskop in Westaustralien. Das ASKAP-Array wurde von der Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO) entwickelt und konstruiert und besteht aus 36 "Antennen" -Antennen, die über ein 6 km langes Gelände verteilt sind.
Mit diesem Array, das der Vorläufer des zukünftigen Square Kilometer Array (SKA) -Teleskops ist, untersuchte das Forscherteam die Ausbrüche dieser entfernten kosmologischen Quelle. Sie fanden nicht nur mehr FRBs in einem einzigen Jahr als bei jeder früheren Umfrage, sondern stellten auch fest, dass die Signale von Quellen stammten, die viel weiter entfernt waren als bisher angenommen. Wie Dr. Shannon in einer ICRAR-Pressemitteilung erklärte:
„Wir haben in einem Jahr 20 schnelle Funkstöße gefunden, was die Anzahl der weltweit entdeckten Funkstöße seit ihrer Entdeckung im Jahr 2007 fast verdoppelt. Mit der neuen Technologie des Australia Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) haben wir auch bewiesen, dass schnelle Funkstöße auftreten kommen eher von der anderen Seite des Universums als von unserer eigenen galaktischen Nachbarschaft. “
Follow-up-Beobachtungen, die zwischen 8 und 46 Tagen nach den ersten Entdeckungen durchgeführt wurden, ergaben, dass sich keiner der Bursts wiederholte. Die 20 Bursts, die sie entdeckten, enthielten auch die nächsten jemals beobachteten Quellen, ganz zu schweigen von den hellsten. Ihre Ergebnisse zeigten auch, dass es einen Zusammenhang zwischen Burst-Dispersion und Helligkeit sowie Intensität und Entfernung gibt.
Der Grund dafür liegt in der Tatsache, dass sich entfernte Lichtstöße Milliarden von Lichtjahren fortbewegen, bevor sie die Erde erreichen. Auf ihrer Reise passieren sie Material zwischen Quelle und Erde (z. B. Gaswolken), das sich auf sie auswirkt. Dr. Jean-Pierre Macquart vom ICRAR-Knoten der Curtin University und Mitautor des Papiers erklärte:
„Jedes Mal, wenn dies geschieht, werden die verschiedenen Wellenlängen, aus denen ein Burst besteht, um unterschiedliche Beträge verlangsamt. Schließlich erreicht der Ausbruch die Erde mit seiner Ausbreitung von Wellenlängen, die zu leicht unterschiedlichen Zeiten am Teleskop ankommen, wie Schwimmer an einer Ziellinie. Das Timing der Ankunft der verschiedenen Wellenlängen gibt Auskunft darüber, wie viel Material der Burst auf seiner Reise durchlaufen hat. Und weil wir gezeigt haben, dass schnelle Funkstöße von weit her kommen, können wir damit alle fehlenden Stoffe im Raum zwischen den Galaxien erkennen - eine wirklich aufregende Entdeckung. "
Dank dieser neuesten Gruppe von Entdeckungen verstehen Wissenschaftler jetzt, dass die bisher entdeckten FRBs eher auf der anderen Seite des Kosmos als in unserer Galaxie entstanden sind. Wir sind jedoch immer noch nicht näher dran zu bestimmen, was sie verursacht oder aus welchen Galaxien sie stammen. Mit einer Forschungsstichprobe, die jetzt aus 48 Nachweisen besteht, werden die Forscher in den kommenden Jahren wahrscheinlich noch viel mehr lernen.
Für Dr. Shannon und sein Forschungsteam besteht die nächste Herausforderung darin, die Orte der Ausbrüche am Himmel zu bestimmen. "Wir werden in der Lage sein, die Ausbrüche besser als ein Tausendstel Grad zu lokalisieren", sagte er. "Das ist ungefähr die Breite eines menschlichen Haares in zehn Metern Entfernung und gut genug, um jeden Ausbruch an eine bestimmte Galaxie zu binden."
In der Zwischenzeit wird erwartet, dass die Untersuchung von FRBs auch zu einigen wichtigen Durchbrüchen in der Astronomie führen wird. Bereits ein Team von CSIRO-Forschern nutzte das Parkes Observatory in Australien, um 2016 einen FRB zu entdecken, der dann von mehreren Observatorien auf der ganzen Welt beobachtet wurde. Infolgedessen konnte das Team die Quelle (eine elliptische Galaxie in 6 Milliarden Lichtjahren Entfernung) identifizieren und die Rotverschiebung des Signals bestimmen.
Diese beispiellose Leistung ermöglichte es dem Forscherteam, die Dichte der dazwischenliegenden Materie zwischen dieser Galaxie und der Erde zu messen, was bestätigte, dass unsere aktuellen Modelle zur Messung der Materiedichte im Universum korrekt sind. Mit anderen Worten, das Team konnte die „fehlende Materie“ des Universums mithilfe von FRBs als Messstab finden. Oder wie Dr. Jean-Pierre Macquart, Dozent an der Curtin University und einer der für die Entdeckung verantwortlichen Wissenschaftler, es ausdrückte:
„[FRBs] sind praktisch Physiklabors, die Extreme von Materie und Energie untersuchen, auf die wir in terrestrischen Labors keinen Zugriff haben. Und genau diese Art von Physik wird künftige technologische Fortschritte in den kommenden Generationen vorantreiben. “
Neuere Forschungen haben auch festgestellt, dass FRBs ein sehr häufiges kosmologisches Ereignis sind, das in unserem Universum etwa einmal pro Sekunde auftritt. Mit leistungsstarken Beobachtungswerkzeugen wie dem Square Kilometer Array (SKA), dem Large Latin American Millimeter Array (LLAMA) und dem Qitai 110m Radio Telescope werden Wissenschaftler in naher Zukunft sicher noch viele weitere FBRs beobachten können.
Mit jeder neuen Entdeckung erfahren wir mehr darüber, was diese seltsamen Blitze verursacht und wie sie verwendet werden können, um die Geheimnisse unseres Universums zu entschlüsseln. In der Zwischenzeit sollten Sie sich dieses Interview mit Dr. Shannon und dem Entdeckungsteam mit freundlicher Genehmigung des CSIRO ansehen:
