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Entdeckung eines Radiostrahlungsausbruchs vertieft astrophysikalisches Rätsel

10.07.2014

Die Entdeckung eines nur Sekundenbruchteile dauernden Radiostrahlungsausbruchs mit dem Arecibo-Radioteleskop auf Puerto Rico liefert wichtige neue Daten zu den rätselhaften Ausbrüchen, die aus großen Entfernungen im Universum zu kommen scheinen.

Die Forschungsergebnisse eines internationalen Teams von Astronomen unter der Leitung von Laura Spitler vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie werden in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift "Astrophysical Journal" vom 10. Juli 2014 veröffentlicht. Zum allerersten Mal wurde ein solcher Radiostrahlungsausbruch ("Radioblitz") in der nördlichen Hemisphäre des Himmels beobachtet.


Optische Himmelsaufnahme der Region in Richtung des Sternbilds Fuhrmann (Auriga), in der der Kurzzeit-Radiostrahlungsausbruch FRB 121102 (mit grünem Kreis markiert) entdeckt wurde.

Bild: Rogelio Bernal Andreo (DeepSkyColors.com)


Das 305m-Arecibo-Radioteleskop, in einem natürlichen Tal auf der Insel Puerto Rico gelegen.

Bild: National Astronomy and Ionosphere Center (NAIC)

Schnelle Radiostrahlungsausbrüche bzw. Radioblitze (Fast Radio Bursts, FRBs) sind Kurzzeit-Phänomene von nur einigen Millisekunden Dauer. Wissenschaftler am Parkes-Observatorium in Australien hatten solche Ereignisse zum allerersten Mal aufgezeichnet. Die Tatsache, dass entsprechende Ergebnisse mit keinem anderen Teleskop der Erde bestätigt werden konnten, führte zwischenzeitlich zu der Vermutung, dass das australische Teleskop Signale von Quellen auf der Erde oder in ihrer unmittelbaren Umgebung aufgezeichnet haben könnte. Die hier beschriebene Entdeckung mit dem Arecibo-Teleskop ist der erste Nachweis eines Radioblitzes, der nicht auf Beobachtungen mit dem Parkes-Radioteleskop zurückgeht. Die Position des neuen Radiostrahlungsausbruchs liegt in Richtung des Sternbilds Fuhrmann (Auriga) am nördlichen Sternhimmel.

„Statistisch gesehen sollte es nur sieben Ausbrüche pro Minute über den ganzen Himmel verteilt geben; es gehört also schon eine Menge Glück dazu, dass man sein Teleskop zur richtigen Zeit auf die richtige Position am Himmel ausrichtet“, sagt Laura Spitler vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn, die federführende Autorin der Veröffentlichung. „Sowohl die Eigenschaften unseres mit dem Arecibo-Teleskop gefundenen Radioblitzes wie auch die daraus abgeleitete Häufigkeit des Auftretens solcher Ereignisse stimmen sehr schön mit dem überein, was wir aus den vorher bereits mit Parkes beobachteten Ausbrüchen abgeleitet haben.“

„Unser Forschungsergebnis ist vor allem deshalb so wichtig, weil es auch den letzten Zweifel ausräumt, dass diese Radioblitze wirklich aus den Tiefen des Universums stammen”, ergänzt Victoria Kaspi, Professorin für Astrophysik an der McGill-Universität in Montreal und leitende Wissenschaftlerin des Pulsarbeobachtungsprojekts, in dessen Rahmen der Radioausbruch entdeckt wurde. „Die Radiosignale zeigen alle Anzeichen, dass sie tatsächlich weit außerhalb unserer Milchstraße erzeugt wurden – das ist eine sehr aufregende Entdeckung!“

Wie genau diese Radioblitze entstehen, stellt im Moment noch ein größeres Rätsel für die Astrophysik dar. Die Vermutungen kreisen um eine Reihe von exotischen astrophysikalischen Phänomenen wie zum Beispiel verdampfende Schwarze Löcher, miteinander verschmelzende Neutronensterne oder Strahlungsausbrüche auf Magnetaren, das sind Neutronensternen mit extrem hohen Magnetfeldern.

„Eine andere Möglichkeit wäre ein Phänomen wie die bei manchen Pulsaren beobachteten Riesenpulse, aber mit einer wesentlich höheren Helligkeit“, bemerkt James Cordes, Professor für Astronomie an der Cornell-Universität und Ko-Autor der aktuellen Veröffentlichung.

Der ungewöhnliche Strahlungsausbruch wurde am 2. November 2012 am Arecibo-Observatorium mit dem größten und empfindlichsten Radioreflektor der Erde beobachtet, mit einem Spiegel von 305 m Durchmesser und einer Fläche von ca. acht Hektar.

Während die Radioblitze nur einige Millisekunden andauern und bisher kaum jemals entdeckt werden konnten, bestätigen die neuen Beobachtungen statistische Annahmen, dass es rund 10000 dieser ungewöhnlichen kosmischen Ereignisse pro Tag, verteilt über den ganzen Himmel, geben sollte. Die erstaunlich große Anzahl ergibt sich aus Berechnungen, ein wie großer Teil des Himmels wie lange beobachtet wurde, um die bisherigen wenigen Entdeckungen zu erhalten.

Die Radioblitze stammen aus einem Bereich weit außerhalb unserer Milchstraße, wie aus der Messung eines als Plasmadispersion bekannten Effekts abgeleitet werden kann. Dabei kann man Signale, die über größere Strecken durch das Universum laufen, von künstlichen, auf der Erde erzeugten Signalen durch den Einfluss von interstellaren Elektronen unterscheiden. Sie führen dazu, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Radiowellen bei niedrigeren Radiofrequenzen abnimmt. Bei den mit dem Arecibo-Teleskop entdeckten Strahlungsausbrüchen ist die Dispersion dreimal größer als man von einer Quelle mit Ursprung in unserer Milchstraße maximal erwarten könnte.

Die Entdeckung erfolgte im Rahmen von Beobachtungen für das „Pulsar Arecibo L-Band Feed Array” (PALFA) Projekt. Damit wird eine große Anzahl von neuen Pulsaren entdeckt, darunter seltene spezielle Pulsarsysteme zur Erforschung von fundamentalen Eigenschaften von Neutronensternen und zum Test von Theorien der Gravitationsphysik.

Die Suche nach schnellen Radiostrahlungsausbrüchen hat sich zu einem vorrangigen Projekt für derzeitige und künftige Radio-Observatorien entwickelt. „Unser Radioteleskop in Effelsberg hat großes Potential, um noch eine Menge dieser Ausbrüche zu entdecken“, schließt Laura Spitler. „Wir sind uns sicher, dass eine Reihe davon bereits jetzt in den Archivdaten von Radio-Pulsar-Durchmusterungen mit dem 100-m-Teleskop stecken und wir arbeiten hart daran, ein Softwaresystem zu entwickeln, das diese Ausbrüche bereits in Echtzeit entdecken kann. Die Echtzeit-Entdeckungen bedeuten einen wichtigen Schritt vorwärts, da wir Folgebeobachtungen mit Instrumenten bei anderen Beobachtungsfrequenzen direkt anschließen können. Sie werden entscheidend dazu beitragen, das Rätsel zu entschlüsseln.“ Radioteleskope der Zukunft wie das „Square Kilometre Array“ (SKA) und seine bereits existierenden Pfadfinder-Projekte stellen extrem effektive Werkzeuge dafür dar, Radioblitze systematisch aufzuspüren und den Wissensstand über dieses Phänomen entscheidend zu verbessern

 
Hintergrundinformation

Das hier beschriebene Forschungsprojekt wurde durch Zuschüsse einer ganzen Reihe von Organisationen unterstützt: European Research Council, the National Science Foundation, the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies, und Canadian Institute for Advanced Research.

Das Arecibo-Observatorium wird betrieben von SRI International in Zusammenarbeit mit der Ana G. Méndez-Universidad Metropolitana und der Universities Space Research Association (USRA), im Rahmen einer Vereinbarung mit der National Science Foundation (AST-1100968).

Die Datenanalyse erfolgte auf dem ATLAS-Cluster des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik/Albert-Einstein Institut in Hannover.

Originalveröffentlichung:

Fast Radio Burst Discovered in the Arecibo Pulsar ALFA Survey,” by L.G. Spitler, J.M. Cordes, et al. Astrophysical Journal. July 10, 2014.
http://de.arxiv.org/abs/1404.2934

Lokaler Kontakt:

Dr. Laura Spitler,
Max-Planck-Institut für Radioastronomie.
Fon: +49(0)228-525-108
E-mail: lspitler@mpifr-bonn.mpg.de

Dr. Paulo Freire,
Max-Planck-Institut für Radioastronomie.
Fon: +49(0)228-525-496
E-mail: pfreire@mpifr-bonn.mpg.de

Dr. Norbert Junkes,
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit,
Max-Planck-Institut für Radioastronomie.
Fon: +49(0)228-525-399
E-mail: njunkes@mpifr-bonn.mpg.de

Weitere Informationen:

http://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressemeldungen/2014/8

Norbert Junkes | Max-Planck-Institut

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