Fast Radio Bursts (FRBs) sind Ausbrüche intensiver, kurzlebiger Radiowellen, die von außerhalb der Milchstraße stammen und in nur wenigen Tausendstelsekunden die gleiche Energiemenge aussenden können, die die Sonne drei Tage benötigt.
Doch trotz ihrer Macht und der Tatsache, dass jeden Tag rund 10.000 FRBs am Himmel der Erde ausbrechen könnten, bleiben diese Radiowellenexplosionen rätselhaft. Eines der größten Rätsel rund um FRBs ist, warum die meisten FRBs einmal aufleuchten und dann verschwinden, während eine winzige Minderheit (weniger als 3 %) das Aufblitzen wiederholt. Dies veranlasste Wissenschaftler, nach den Mechanismen zu suchen, die FRBs auslösen. Einige glauben sogar, dass verschiedene Himmelsobjekte sich wiederholende und sich nicht wiederholende FRBs erzeugen können.
Wissenschaftler der Universität Toronto nutzten das Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME), um sich auf die Eigenschaften von polarisiertem Licht zu konzentrieren, das mit 128 sich nicht wiederholenden FRBs verbunden ist. Dies ergab, dass einzigartige FRBs offenbar aus entfernten Galaxien stammen, die unserer eigenen Milchstraße sehr ähneln, im Gegensatz zu den extremen Umgebungen, in denen ihre sich wiederholenden Cousins entstehen. Die Ergebnisse könnten es Wissenschaftlern ermöglichen, endlich das hartnäckige Himmelsrätsel der FRBs zu lösen.
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„Bisher haben wir, wenn wir über FRBs nachgedacht haben, sie nur so betrachtet, wie wir einen Stern am Himmel betrachten würden: Wir haben darüber nachgedacht, wie hell er ist, vielleicht haben wir festgestellt, wie weit er entfernt ist, solche Dinge.“ “, sagte der Hauptautor der Studie, Ayush Pandhi, ein Ph.D. Student am Dunlap Institute for Astronomy and Astrophysics und am David A. Dunlap Department of Astronomy and Astrophysics an der University of Toronto, sagte gegenüber Space.com. „Das Besondere an FRBs ist jedoch, dass sie auch polarisiertes Licht aussenden, das heißt, das Licht dieser Quellen ist vollständig in eine Richtung ausgerichtet.“
Der Hauptunterschied bei dieser Forschung besteht darin, dass sie sich wirklich mit polarisiertem Licht befasst.
Polarisiertes Licht besteht aus Wellen, die gleich ausgerichtet sind: vertikal, horizontal oder in einem Winkel zwischen diesen beiden Richtungen. Veränderungen in der Polarisierung könnten den Mechanismus erklären, der den FRB auslöste, und somit seine Quelle aufdecken. Die Polarisation kann auch Details über die Umgebungen offenbaren, die der FRB durchqueren musste, bevor er unsere Detektoren auf der Erde erreichte. Diese Studie stellte die erste groß angelegte Untersuchung von 97 % nicht-repetitiven FRBs in polarisiertem Licht dar.
Es gibt eine Lücke in der Forschung zu sich nicht wiederholenden FRBs, weil es viel einfacher ist, sich wiederholende FRBs zu beobachten, weil die Astronomen bereits wissen, wo sie auftreten werden, was bedeutet, dass man jedes Radioteleskop auf diesen Teil des Himmels richten und abwarten kann. Bei sich nicht wiederholenden FRBs müssen Astronomen über ein Teleskop verfügen, das einen großen Teil des Himmels auf einmal beobachten kann, da sie nicht wirklich wissen, woher das Signal kommt.
„Sie könnten überall am Himmel erscheinen. CHIME ist in dieser Hinsicht einzigartig, weil es einen so großen Teil des Himmels gleichzeitig untersucht“, sagte Pandhi. „Außerdem haben sich die Leute noch nicht wirklich mit dieser Polarisierung befasst, weil sie nur auf technischer Ebene viel schwieriger zu erkennen ist.
„Andere Studien haben die Polarisierung von vielleicht 10 sich nicht wiederholenden FRBs untersucht, aber dies ist das erste Mal, dass wir mehr als 100 untersucht haben. Dies ermöglicht es uns, unsere Meinung über FRBs zu überdenken und zu sehen, wie viele FRBs sich wiederholen und nicht.“ -repetitiv. FRBs können unterschiedlich sein.
Wiederholen oder nicht wiederholen?
Im Jahr 2007 entdeckten die Astronomen Duncan Lorimer und David Narkevic, der damals Lorimers Schüler war, den ersten FRB. Dabei handelte es sich um einen sich nicht wiederholenden Energieausbruch, der heute allgemein als „Lorimer-Explosion“ bezeichnet wird. Fünf Jahre später, im Jahr 2012, entdeckten Astronomen den ersten sich wiederholenden FRB: FRB 121102. Dann wurden nach und nach weitere sich wiederholende Ausbrüche entdeckt.
Astronomen fragen sich natürlich, ob hinter diesen beiden FRB-Typen nicht ein unterschiedliches Phänomen steckt. Und Pandhis Team stellte tatsächlich fest, dass sich nicht wiederholende FRBs offenbar ein wenig von sich wiederholenden FRBs unterscheiden, da die meisten ersteren offenbar aus Galaxien wie unserer eigenen Milchstraße stammen.
Obwohl die Ursprünge von FRBs im Dunkeln liegen, können diese Radiowellenausbrüche als Boten aus der Umgebung fungieren, die sie auf ihrem Weg zur Erde durchqueren. Diese Informationen sind in ihrer Polarisation kodiert.
„Wenn polarisiertes Licht Elektronen und Magnetfelder passiert, dreht sich der Winkel, in dem es polarisiert ist, und wir können diese Drehung messen“, sagte Pandhi. „Wenn ein FRB also mehr Material durchläuft, dreht er sich mehr. Wenn er weniger durchläuft, dreht er sich weniger.
Die Tatsache, dass die Polarisation sich nicht wiederholender FRBs niedriger ist als die sich wiederholender FRBs, deutet darauf hin, dass erstere offenbar weniger Materie oder schwächere Magnetfelder passieren als letztere. Pandhi fügte hinzu, dass während sich wiederholende Strahlungsausbrüche aus extremeren Umgebungen zu stammen scheinen (wie die Überreste toter Sterne bei Supernova-Explosionen), ihre sich nicht wiederholenden Brüder offenbar in etwas weniger heftigen Umgebungen auftauchen.
„Nicht-wiederholende FRBs stammen in der Regel aus Umgebungen mit schwächeren Magnetfeldern oder weniger Dingen in ihrer Umgebung als sich wiederholende FRBs“, fuhr Pandhi fort. „In diesem Sinne scheint die Wiederholung von FRBs also etwas extremer zu sein.“
Sind Neutronensterne sicher?
Eine der großen Überraschungen dieser Forschung für Pandhi war, dass die Polarisation sich nicht wiederholender FRBs einen der Hauptverdächtigen hinter ihrem Start auszuschließen schien: stark magnetisierte, schnell rotierende Neutronensterne oder „Pulsare“.
„Wir wissen, wie Pulsare funktionieren, und wir kennen die Arten von polarisiertem Licht, die wir von einem Pulsarsystem erwarten. Überraschenderweise sehen wir keine große Ähnlichkeit zwischen FRBs und Pulsarlicht“, sagte Pandhi. „Wenn diese Dinge von derselben Art von Objekt stammen, könnte man erwarten, dass sie einige Ähnlichkeiten aufweisen, aber es scheint, dass sie tatsächlich ziemlich unterschiedlich sind.
Um zu bestimmen, welche Objekte FRBs abfeuern, glaubt Pandhi, dass eine Erweiterung unseres Verständnisses der Polarisation dieser Radiowellenausbrüche dazu beitragen könnte, theoretische Vorhersagen zu verfeinern.
„Wenn wir zwischen mehreren verschiedenen Theorien verwirrt sind, können wir jetzt auf polarisiertes Licht schauen und sagen: ‚Okay, schließt das Theorien aus, die wir noch nicht ausgeschlossen haben?‘“, erklärte er. „Es liefert einen weiteren Parameter oder sogar ein paar zusätzliche Parameter, die uns dabei helfen, Theorien darüber auszuschließen, um welche es sich dabei handeln könnte, bis wir eine haben, die gültig bleibt.“
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Pandhi erklärte weiter, dass diese Studie den Grundstein für zukünftige FRB-Untersuchungen gelegt habe; Er selbst arbeitet an einer Möglichkeit, die Polarisation der in der Milchstraße vorkommenden FRBs von denen zu trennen, die in ihren anderen Galaxien und näher an der Quelle ihrer Emission auftreten.
Dies sollte uns helfen, die Mechanismen hinter dem Start von FRBs besser zu verstehen, aber für Pandhi ist es die mysteriöse Natur dieser Ausbrüche kosmischer Energie, die dafür sorgt, dass er sie noch einige Zeit lang untersuchen wird.
„Ich meine, was ist mysteriöser als Explosionen, die am ganzen Himmel tausende Male am Tag passieren, und Sie haben keine Ahnung, was sie verursacht? » sagte Pandhi. „Wenn Sie ein gewisser Detektiv sind, der gerne Rätsel löst, sind FRBs nur ein Rätsel, das darauf wartet, gelöst zu werden.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Dienstag, 11. Juni, im Astrophysical Journal veröffentlicht.