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FAST RADIO BURSTS
Neues über mysteriöse Radioblitze
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie
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11. Januar 2018

Seit einigen Jahren schon beobachten Astronomen kurze Strahlungsausbrüche im Radiobereich, bei denen es sich in der Regel um einmalige Ereignisse handelt. Nur von einem dieser Fast Radio Bursts konnte man bislang wiederholte Signale empfangen. Diese deuten nun auf einen Ursprung in einer Umgebung mit einem äußerst starken Magnetfeld hin.

Arecibo

Das 305-Meter-Radioteleskop bei Arecibo in Puerto Rico mit der in 140 Metern Höhe darüber hängenden Instrumentenplattform in einer sternklaren Nacht. Links neben dem Band der Milchstraße ist ein Strahlungsausbruch von der Quelle FRB 121102 dargestellt, der von weit jenseits der Grenzen der Milchstraße das Teleskop erreicht.  Bild: Danielle Futselaar (www.artsource.nl, Design), Brian P. Irwin / Dennis van de Water / Shutterstock.com (Fotos) [Großansicht]

Das Phänomen der Fast Radio Bursts (FRB) fasziniert Astronomen schon seit einiger Zeit: Es handelt sich dabei um sehr kurze Radiostrahlungsausbrüche, deren Ursache bislang nicht geklärt werden konnte. Das liegt auch daran, dass es sich meist um einmalige Ereignisse handelt - mit bislang nur einer Ausnahme: Die Radioblitze der Quelle FRB121102 sind die bislang einzigen, die man wiederholt beobachten konnte und ihre Strahlung ist stark polarisiert.

Das hat jetzt ein internationales Team von Astronomen durch neue Radiobeobachtungen mit den Teleskopen des Arecibo-Observatoriums auf Puerto Rico und des Green-Bank-Observatoriums in West Virginia herausgefunden. Das Verhalten dieser polarisierten Strahlung bei unterschiedlichen Frequenzen erlaubt es den Forschern, die direkte Umgebung der Strahlungsquelle auf neuartige Weise zu erforschen.

Wenn polarisierte Radiostrahlung ein kosmisches Magnetfeld durchläuft, wird die Ausrichtung der Polarisation durch einen Effekt verdreht, den man als Faraday-Rotation bezeichnet: je stärker das Magnetfeld, desto größer das Ausmaß der Verdrehung. Bei den Radiostrahlungsausbrüchen von FRB121102 gehört dieser Effekt zu den stärksten, die jemals in kosmischen Radioquellen gemessen wurden. Die Forscher schließen daraus, dass die erzeugte Strahlung ein außergewöhnlich starkes Magnetfeld in dichtem kosmischem Plasma durchläuft.

"Die einzigen Quellen in unserer Milchstraße, deren polarisierte Strahlung so stark verdreht wird wie bei FRB121102, liegen im galaktischen Zentrum und damit in einer dynamischen Region in unmittelbarer Nähe zu einem massereichen Schwarzen Loch", sagt Daniele Michilli, ein Doktorand an der Universität von Amsterdam und ASTRON, dem Niederländischen Institut für Radioastronomie. "Die Verdrehung der Polarisation in den Strahlungsausbrüchen könnte aber auch dadurch erklärt werden, dass sich die Quelle in einem leuchtkräftigen Nebel oder Supernovaüberrest befindet", fügt er hinzu.

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Der Schlüssel zu dem neuen Resultat war der Nachweis der Strahlungsausbrüche bei höheren Radiofrequenzen als jemals zuvor. "Wir haben am Arecibo-Observatorium einen neuen Beobachtungsaufbau entwickelt, um dies zu ermöglichen, und unsere Kollegen vom Breakthrough-Listen-Projekt am Green-Bank-Teleskop konnten das Ergebnis durch Beobachtungen bei sogar noch höheren Radiofrequenzen bestätigen", sagt Andrew Seymour vom Arecibo-Observatorium. "Dazu kommt, dass Eigenschaften und Verlauf der Polarisation der von jungen energiereichen Neutronensternen in unserer Milchstraße ähneln. Das unterstützt Modelle zum Ursprung der Radioblitze in Neutronensternen."

Erst vor einem Jahr hat das Forscherteam die genaue Position von FRB121102 ermittelt und herausgefunden, dass die Strahlungsausbrüche aus einem Sternentstehungsgebiet in einer Zwerggalaxie in rund drei Milliarden Lichtjahren Entfernung kommen. Der riesige Abstand zu der Quelle zeigt, dass in jedem Strahlungsausbruch eine gewaltige Menge an Energie freigesetzt wird – in einem nur eine Millisekunde lang andauernden Radioblitz ist es die gleiche Energie, wie sie unsere Sonne an einem ganzen Tag abstrahlt.

Zusätzlich zu der stärksten Drehung der Polarisationsrichtung, die in den bisher bekannten Radiostrahlungsausbrüchen beobachtet werden konnte, zeigen die beobachteten Ausbrüche von FRB121102 eine komplexe Struktur in Zeit und Radiofrequenz. "Die Profile der anderen bisher gefundenen Strahlungsausbrüche sind einfach mit gerade einem oder maximal zwei Spitzen im zeitlichen Verhalten. Bei FRB121102 haben wir aber schon Ausbrüche mit gleich sieben dieser Spitzen beobachtet, und die finden wir sowohl in der zeitlichen als auch in der Frequenzabhängigkeit der Radiostrahlung", erläutert Laura Spitler vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie. "Wir versuchen zu verstehen, ob diese Strukturen in den Strahlungsausbrüchen direkt von dem Prozess kommen, der die Strahlung erzeugt, oder ob sie auf die Ausbreitung der Strahlung in dichtem Plasma in der direkten Umgebung zurückgehen."

"Wir werden weiterhin systematisch überprüfen, wie sich die Eigenschaften der Strahlungsausbrüche mit der Zeit ändern”, sagt Jason Hessel, Universität Amsterdam und ASTRON-Institut. "Mit diesen Beobachtungen sollte es uns möglich sein, zu entscheiden, welche der beiden Ursprungsmodelle für die Bursts zutrifft: ein Neutronenstern entweder in direkter Umgebung eines Schwarzen Lochs oder inmitten eines energiereichen kosmischen Nebels."

Mit einer ganzen Anzahl von neuen Radioteleskopen zur gleichzeitigen Erfassung größerer Areale am Himmel, die demnächst ihren Betrieb aufnehmen, ist zu erwarten, dass in den kommenden Jahren eine ganze Anzahl weiterer Radioblitze nachgewiesen wird. Die Forscher sind gespannt auf die Ergebnisse, um weitere fundamentale Fragen über die Natur der schnellen Radiostrahlungsausbrüche zu beantworten.

Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler in einem Fachartikel, der in Nature erschienen ist.

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Links im WWW
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
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