Eines der mysteriösesten kosmischen Phänomene sind schnelle Funkstöße. Dies sind kurze Funksignale mit einer Dauer von mehreren Millisekunden unbekannter Art, die aus der Freisetzung einer enormen Energiemenge resultieren. Seit ihrer Entdeckung ist mehr als ein Jahrzehnt vergangen, aber Astrophysiker versuchen immer noch, die Mechanismen ihres Auftretens herauszufinden. Die Forscher nennen Neutronensterne, Schwarze Löcher und sogar Sender fremder Zivilisationen als mögliche Quellen.
Geheimnisvolle Signale
Bei schnellen Funkstößen wird in Millisekunden so viel Energie freigesetzt, wie die Sonne über mehrere Zehntausende von Jahren emittiert hat. Die führende Hypothese ist, dass sie durch katastrophale Ereignisse verursacht werden, wie die Verschmelzung zweier Neutronensterne, einen Blitz aus der Verdampfung eines Schwarzen Lochs oder die Umwandlung eines Pulsars in ein Schwarzes Loch. Lange Zeit glaubte man, dass Funkstöße nur einmal auftreten können, doch 2015 wurde festgestellt, dass der zuvor aufgezeichnete schnelle Funkstoß FRB 121102 nicht periodisch wiederholt wird.
FRB 121102 befindet sich in einer Zwerggalaxie, drei Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt, und blieb trotz sorgfältiger Suche mehrere Jahre lang die einzige bekannte Quelle für wiederkehrende Funkstöße. Im Januar 2019 erschien jedoch in der Zeitschrift Nature ein Artikel von Wissenschaftlern der kanadischen Zusammenarbeit CHIME, in dem berichtet wurde, dass Signale von einer anderen Quelle erneut registriert wurden - 180814. J0422 + 73. Das interferometrische Radioteleskop CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) hat sechs schnelle Funkstöße aufgezeichnet, die aus einer 1,3 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie stammten.
Die Signale in ihrer Frequenzstruktur und ihren spektralen Eigenschaften ähnelten den Signalen von FRB 121102, was auf einen ähnlichen Mechanismus ihrer Bildung und die gleiche Art der Quelle hinweist. Die Entdeckung weist auf die Existenz einer separaten Art von schnellen Funkstößen hin, deren Ursache nicht gerade wegen ihres Wiederauftretens katastrophale Ereignisse sein können.
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Stille Galaxie
Im August 2019 identifizierte ein internationales Wissenschaftlerteam erstmals die Quelle eines einzelnen schnellen Funkstoßes FRB 180924, der aus einer vier Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie stammte.
Mit dem in Australien gelegenen ASKAP-Funkinterferometer bestimmten Astronomen den Standort der FRB-Quelle und berechneten anschließend die Entfernung zu dieser Quelle. Dabei analysierten sie Daten von optischen bodengestützten Teleskopen Gemini, Keck und VLT. Es stellte sich heraus, dass die Funkfackel in einer massiven Galaxie von der Größe der Milchstraße auftrat, 13.000 Lichtjahre von ihrem Zentrum entfernt. Ein charakteristisches Merkmal der Galaxie ist das Fehlen von Prozessen zur Geburt neuer Sterne.
Dies steht im Gegensatz zu dem sich wiederholenden FRB 121102-Signal, das sich im aktiven Sternentstehungsbereich befindet. Daher sollten einzelne und wiederholte schnelle Funkstöße unterschiedliche Ursprünge haben. Im Fall von FRB 121102 schien das Funksignal durch ein starkes Magnetfeld um einen Magnetar zu gehen - eine spezielle Art von Neutronenstern.
Bald berichteten Astronomen am California Institute of Technology in den USA über die Entdeckung eines weiteren schnellen Funkstoßes FRB 190523, der ebenfalls in einer relativ ruhigen Umgebung auftrat - in einer Galaxie, die der Milchstraße entspricht und 7,9 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt ist.
Beide Entdeckungen widerlegen, dass schnelle Funkstöße nur in jungen Zwerggalaxien auftreten können, die eine große Anzahl von Magnetaren enthalten.
Funkinterferometer ASKAP.
Acht Zwillinge
Im August 2019 erschien im Preprint-Repository von arXiv.org ein Artikel der kanadischen CHIME-Kollaboration, in dem die Erkennung von acht sich wiederholenden Funksignalen gemeldet wurde. Zwei Funksignalquellen - FRB 180916 und FRB 181119 - blinkten mehr als zweimal (zehn- bzw. dreimal), die anderen sendeten wiederholte Funksignale nur einmal, wobei die längste Pause zwischen der Aufzeichnung von Radiowellen 20 Stunden betrug. Laut den Forschern kann dies darauf hinweisen, dass sich viele FRBs tatsächlich wiederholen, aber einige sind aktiver als andere.
Die meisten der acht neuen schnellen Funkbursts zeigten mit jedem wiederholten Burst eine Abnahme der Signalfrequenz, was der Schlüssel zum Verständnis des Mechanismus sein kann, der diese Phänomene erzeugt. Darüber hinaus weist FRB 180916 die niedrigsten Signaldispersionsraten auf, was auf die relative Nähe der Quelle zur Erde hinweist. Es könnte auch helfen, die Art des Funkstoßes zu bestimmen, folgerten die Forscher.
Höllensterne
Im Spätsommer 2019 berichteten Wissenschaftler des Nationalen Zentrums für Radioastrophysik in Indien, dass Magnetare immer noch eine der wahrscheinlichsten Quellen für schnelle (zumindest sich wiederholende) Funkstöße sind.
Der anomale Magnet XTE J1810-197 wurde mit dem Giant Metrewave Radio Telescope beobachtet. Es wurden Millisekundenimpulse der Funkemission aufgezeichnet, die Blitzen aus der Wiederholung von FRB 180814 ähnelten. J0422 + 73.
Riesiges Metrewave-Radioteleskop.
Dieser Magnetar befindet sich 10 Tausend Lichtjahre von der Erde entfernt. Es wurde 2003 entdeckt und strahlte 2008 keine Funkemissionen mehr aus. Im Jahr 2018 kam es jedoch zu einem neuen Ausbruch, der ebenfalls allmählich zu verblassen begann. Interessanterweise emittieren Magnetare normalerweise keine Funkemission, und XTE J1810-197 war die erste Quelle für Funkemission dieser Art. Die Seltenheit dieses Objekts sowie die sich wiederholenden Funkstöße haben Wissenschaftler zu der Annahme veranlasst, dass beide Phänomene miteinander zusammenhängen könnten.
Lautes Loch
Im September 2019 berichteten chinesische Astronomen, dass sie neue schnell repetitive Funkstöße (FRBs) von FRB 121102 entdeckt hatten. Die Signale wurden mit einem 500-Meter-FAST-Radioteleskop mit einem 19-Strahl-Empfänger in der Provinz Guizhou erfasst. Von Ende August bis September wurden mehr als 100 Spitzen registriert, was eine Rekordzahl unter allen registrierten FRBs darstellt.
Zu diesem Zeitpunkt begannen die Wissenschaftler anzunehmen, dass FRB 121102 ein supermassereiches Schwarzes Loch ist, das die Masse der Sonne um das 10-100 Millionen-fache übersteigt und ein starkes Magnetfeld erzeugt, und dass ein vom Loch betroffener Neutronenstern oder Plasma die direkte Quelle von Fackeln sein könnte. Eine andere mögliche Erklärung ist, dass FRB 121102 ein magnetisiertes Kriterium ist, ein Nebel, der vom Sternwind eines Pulsars angetrieben wird.
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Während schnelle Funkstöße bislang ein ungeklärtes Phänomen sind, wurden der wissenschaftlichen Gemeinschaft 2019 viele Daten vorgelegt, die die Astronomen der Lösung näher bringen. Es stellte sich heraus, dass FRBs wiederholt werden können, und sie tun dies wahrscheinlich sehr oft. In diesem Fall werden sie von eher exotischen Objekten wie Neutronensternen (Pulsaren und Magnetaren) erzeugt, die sich in einem geeigneten interstellaren Medium befinden. Einzelne Bursts treten unter weniger turbulenten Bedingungen auf: Galaxien, in denen die Sternentstehung sehr langsam ist. Solche Phänomene treten höchstwahrscheinlich tatsächlich aufgrund katastrophaler Prozesse auf.
