Wenn sich die Neujahrsfeierlichkeiten dem Ende zuneigen, werden in Ihrer Nachbarschaft die Feuerwerkskörper wahrscheinlich langsam erlöschen. Für Neutronensterne, bei denen es sich um tote Sterne handelt, die sich so schnell drehen, dass sie etwa zweimal pro Sekunde das Neujahrsfest auf der Erde feiern können, könnte das kosmische Feuerwerk jedoch treffend nie enden.
Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass die himmlischen Feuerwerke, die in stark magnetischen Umgebungen in der Nähe einiger Neutronensterne erzeugt werden, für schnelle und mysteriöse Energieausbrüche verantwortlich sein könnten, die als schnelle Radiostöße (FRBs) bezeichnet werden.
Obwohl dieser Zusammenhang schon oft hergestellt wurde, sind diese Ergebnisse, die am Mittwoch (1. Januar) in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurden, neuartig, weil sie zeigen, dass FRBs offenbar von sehr nahe an diesen extrem toten Sternen stammenden Sternen stammen. Diese Entfernung entspricht gerade einmal dem Doppelten der Entfernung zwischen New York und Los Angeles.
„In diesen Umgebungen von Neutronensternen liegen die Magnetfelder tatsächlich an der Grenze dessen, was das Universum erzeugen kann“, sagt Teamleiterin und Forscherin am Massachusetts Institute of Technology (MIT), Kenzie Nimmo, Postdoktorandin am Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. sagte in einer Erklärung.
Schnelle Radioausbrüche und Neutronensterne
So beeindruckend die Lichtshows, die von irdischen, von Menschenhand geschaffenen Feuerwerkskörpern erzeugt werden, auch sein mögen, FRBs stellen sie in den Schatten.
Mit einer Dauer von nur einer Tausendstelsekunde kann ein FRB die gleiche Energie abgeben, die die Sonne drei Tage lang ausstrahlen würde. Dadurch können diese gewaltigen Energiestöße ganze Galaxien überstrahlen.
Diese unglaubliche Kraft lässt Sie möglicherweise zu dem Schluss kommen, dass FRBs selten sind, aber das ist nicht der Fall. Seit Astronomen 2007 den ersten FRB entdeckten, wurden Tausende entdeckt. Einige brechen in einer Entfernung von bis zu 8 Milliarden Lichtjahren aus, andere sind so nah, dass sie innerhalb der Milchstraße auftreten.
Obwohl die Ursache von FRBs hell und verbreitet ist, ist sie dennoch ein Rätsel geblieben. Ihre Kraft hat sie jedoch mit den extremsten Umgebungen des Universums verbunden: den Regionen um Neutronensterne.
„Es gab viele Debatten darüber, ob diese helle Radioemission überhaupt aus diesem extremen Plasma entkommen könnte“, sagte Nimmo.
Neutronensterne sind Sternreste, die entstehen, wenn massereiche Sterne sterben und ihre Kerne mit einer Masse von etwa dem Ein- oder Zweifachen der Sonnenmasse auf eine Breite von etwa 20 Kilometern zusammengedrückt werden. Die Neutronensterne mit starken Magnetfeldern werden als „Magnetare“ bezeichnet.
„Um diese hochmagnetischen Neutronensterne, auch Magnetare genannt, können keine Atome existieren – sie würden einfach durch die Magnetfelder auseinandergerissen werden“, sagte Teammitglied und MIT-Forscher Kiyoshi Masui in der Erklärung.
Es gibt zwei vorherrschende Theorien zu Magnetaren und FRB-Emissionen. Man vermutet, dass sie in der Nähe dieser toten Sterne in den turbulenten Bedingungen auftreten, die durch die extreme Schwerkraft der Objekte erzeugt werden. Die andere Theorie geht davon aus, dass FRBs durch Stoßwellen entstehen, die sich von Neutronensternen ausbreiten und daher weiter außerhalb dieser dichten Sternreste entstehen.
Um zwischen diesen Ursprüngen zu wählen, griff das Team auf einen FRB namens FRB 20221022A zurück, ein Funksignal mit einigen einzigartigen Eigenschaften. Und die Wissenschaftler waren sich sicher, dass sie eine brillante neue Analysemethode verwenden würden.
Funkel, funkel FRB
FRB 20221022A wurde erstmals im Jahr 2022 vom Radioteleskop Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) entdeckt. Es wurde festgestellt, dass es von einem Neutronenstern in einer etwa 200 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie stammt.
In vielerlei Hinsicht ist FRB 20221022A ein typischer FRB, aber eine Sache, die in den CHIME-Daten auffiel, war die Tatsache, dass das Licht in diesem Signal polarisiert war. Dies deutete darauf hin, dass es in der Nähe eines Neutronensterns entstand.
Um festzustellen, ob dies der Fall ist, nutzte das Team die „Szintillation“ dieses FRB, um ihn eingehend zu analysieren und eine genauere Position für seinen Ursprungspunkt zu ermitteln. Wenn Ihnen der Begriff Szintillation bekannt vorkommt, dann deshalb, weil es sich um den physikalischen Prozess handelt, der Sterne zum „Funkeln“ bringt, wenn das von ihnen emittierte Licht auf Partikel in der Erdatmosphäre trifft.
Das Team kam zu dem Schluss, dass das Funkeln dieses FRB dabei helfen könnte, die Größe der Region zu bestimmen, aus der es hervorgegangen ist.
Stärkere Szintillation bedeutet einen Ursprung in der turbulenten magnetischen Umgebung um den Neutronenstern; Keine beobachtete Szintillation würde einen Ursprung weiter vom Neutronenstern bedeuten, was die Stoßwellentheorie begünstigt.
Die Helligkeitsänderungen des FRB zeigten, dass FRB 20221022A in einer Entfernung von nicht mehr als 6.200 Meilen (10.000 Kilometern) von einem schnell rotierenden Neutronenstern ausbrach. Zum Vergleich: Das ist nur etwa 1/40 der Entfernung zwischen Erde und Mond.
„Aus einer Entfernung von 200 Millionen Lichtjahren in eine 10.000 Kilometer große Region zu zoomen, ist so, als könnte man die Breite einer DNA-Helix, die etwa 2 Nanometer breit ist, auf der Mondoberfläche messen“, sagte Masui. Es gibt eine erstaunliche Bandbreite an Maßstäben.“
Die eingehendere Untersuchung des FRB 20221022A durch das Team scheint die Möglichkeit auszuschließen, dass FRBs aus Stoßwellen entstehen, die die weitere Umgebung von Magnetaren treffen.
„Das Aufregende daran ist, dass sich die in diesen Magnetfeldern in der Nähe der Quelle gespeicherte Energie so verdreht und neu konfiguriert, dass sie als Radiowellen freigesetzt werden kann, die wir in der Mitte des Universums sehen können“, erklärte Masui.
Die Ergebnisse des Teams dienen als erster Beweis dafür, dass FRBs in der Nähe von Neutronensternen entstehen. Das Team hofft, dass seine Szintillationstechnik nun auf andere FRBs angewendet werden kann.
„Diese Ausbrüche kommen immer vor, und CHIME erkennt mehrere am Tag“, sagte Masui. „Es kann sehr unterschiedlich sein, wie und wo sie auftreten, und diese Szintillationstechnik wird wirklich nützlich sein, um die verschiedenen physikalischen Mechanismen zu entwirren, die sie antreiben.“ diese Ausbrüche.“
