Weiße Risse auf der Oberfläche des Magnetars symbolisieren die seismische Aktivität der Sterne, und von der Oberfläche ausgehende konische Spitzen stellen mehrere FRB-Ausbrüche dar. Die Spitzen variieren in der Größe, was die Variabilität der Burst-Energie widerspiegelt. Die grünen Linien, die die Bursts verbinden, zeigen einen zufälligen Pfad an und symbolisieren die stochastische Natur der schnellen Radioburst-Aktivität. Es gibt keinen direkten Zusammenhang zwischen den grünen Zickzacklinien und seismischen Rissen, was den Unterschied zwischen der Natur von FRBs und Erdbeben unterstreicht. Bildnachweis: Science China Press
Schnelle Radiobursts (FRBs) sind die intensivsten Radiobursts im Universum. Seit ihrer ersten Entdeckung im Jahr 2007 haben FRBs große Aufmerksamkeit erregt, was im Jahr 2023 mit dem Shaw-Preis für Astronomie gipfelte. Diese extremen kosmischen Ausbrüche sind noch unbekannter Herkunft und gehören zu den rätselhaftesten Phänomenen in der Astronomie und Physik.
Die Kausalität besagt, dass FRB-Quellen kleiner als c·dt sind, wobei c die Lichtgeschwindigkeit und dt die Dauer der Ereignisse ist. Für einen typischen Millisekunden-Ausbruch impliziert dies eine Region von weniger als 300 Kilometern, was bedeutet, dass kompakte Objekte wie Neutronensterne oder Schwarze Löcher die Treiber von FRBs sein werden.
Bei den meisten kompakten Objekten wurde eine schnelle Rotation beobachtet, was die Erwartung einer Periodizität bei wiederholten FRB-Ausbrüchen wecken lässt. Umfangreiche Untersuchungen zur Periodizität im Millisekunden- bis Sekundenbereich sind jedoch allesamt gescheitert, was zu einer Neubewertung der FRB-Emissionsmechanismen führte.
Ein Team unter der Leitung von Professor Di Li von den Nationalen Astronomischen Observatorien der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat einen neuen Ansatz zur Charakterisierung des Verhaltens von FRBs im bivariaten Zeit-Energie-Phasenraum eingeführt. Durch die Quantifizierung von Zufälligkeit und Chaos mithilfe des verallgemeinerten „Pincus-Index“ bzw. des „Lyapunov-Exponenten“ sind sie in der Lage, FRBs in den Kontext anderer häufiger physikalischer Ereignisse wie Pulsare, Erdbeben und Sonneneruptionen zu stellen.
Die oberen und mittleren Felder zeigen eine Reihe von Ereignissen im Zeit-Energie-Raum dieser Quellen. Die Farbe wechselt von Blau nach Rot, was auf eine erhöhte Stochastik schließen lässt. Im unteren Bereich häufen sich schnelle Radioausbrüche mit Brownscher Bewegung in Richtung höchst zufälliger, aber weniger chaotischer Regionen im Stochastizitäts- und Chaosphasenraum, die sich von Erdbeben und Sonneneruptionen unterscheiden, die beide chaotischer, aber weniger zufällig als FRBs sind. Bildnachweis: Science China Press
Zufall und Chaos erzeugen Unvorhersehbarkeit, aber sie sind unterschiedlich. Die Unvorhersehbarkeit einer Zufallsfolge bleibt über die Zeit konstant: Beim Würfeln hat das Ergebnis jedes Wurfs keinen Zusammenhang mit dem vorherigen. In chaotischen Systemen nimmt die Unvorhersehbarkeit mit der Zeit exponentiell zu. Beispielsweise kann jeder das Wetter in den nächsten Sekunden vorhersagen, indem er nach oben und um ihn herum schaut, aber es bleibt für die Menschheit schwierig, das langfristige Wetter genau vorherzusagen.
Das Team fand heraus, dass sich FRBs im Energie-Zeit-Phasen-Raum bewegen, mit einem geringeren Grad an Chaos, aber einem höheren Grad an Zufälligkeit als bei Erdbeben und Sonneneruptionen. Die ausgeprägte Zufälligkeit der FRB-Emissionen lässt auf eine Kombination mehrerer Emissionsmechanismen oder -orte schließen. Diese Studie schafft einen neuen Rahmen für die Quantifizierung von FRBs und bringt uns der endgültigen Aufklärung des Ursprungs dieser heftigen kosmischen Explosionen näher.
Die Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftliches Bulletin.
Mehr Informationen:
Yong-Kun Zhang et al. Die Ankunftszeit und Energie von FRBs durchqueren den bivariaten Zeit-Energie-Raum als Brownsche Bewegung. Wissenschaftliches Bulletin (2024). DOI: 10.1016/j.scib.2024.02.010
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Zitat: Schnelle Funkausbrüche: Forschung stellt neuen Ansatz zur Charakterisierung ihres Verhaltens vor (12. April 2024), abgerufen am 12. April 2024 von https://phys.org/news/2024-04-fast-radio-approach-characterize-behavior
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