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Astronomie+Physik

Kosmischer Radiopuls lokalisiert

ASKAP-Radioteleskop
Antenne des ASKAP-Radioteleskops vor dem Sternenhimmel. (Bild: CSIRO/Alex Cherney)

Schon seit Jahren rätseln Astronomen, woher die ultrakurzen, aber sehr starken Radiopulse stammen, die Teleskope immer wieder einfangen. Jetzt ist es einem Forscherteam erstmals gelungen, die Herkunft von einem sich nicht wiederholenden Radioburst zu bestimmen – dem häufigsten Typ dieser Ereignisse. Ihre Ortung mithilfe der Radioantennen des Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) enthüllte, dass einer dieser Radiobursts aus einer rund 3,6 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie stammt. Zur Überraschung der Astronomen ist die Quelle dieses Radiopulses jedoch völlig anders als die eines kürzlich lokalisierten wiederholten Radiobursts.

Die sogenannten Fast Radiobursts (FRB) sind Astronomen bisher ein großes Rätsel. Diese Pulse kosmischer Radiowellen halten nur wenige tausendstel Sekunden an, besitzen aber eine enorme Intensität. Sie transportieren in wenigen Millisekunden so viel Energie, wie die Sonne an einem ganzen Tag ausstrahlt. Was jedoch diese energiereichen Pulse hervorbringt und woher sie kommen, ist bisher weitgehend unbekannt. Erste Anhaltspunkte lieferte allerdings vor kurzem eine Quelle von Radiobursts, die zu den wenigen bisher bekannten „Serientätern“ gehört: FRB 121102 sendet wiederholt Fast Radiobursts aus – mehr als 200 haben Astronomen schon registriert. Dank dieser Radioburst-Serien gelang es Forschern, eine rund drei Milliarden Lichtjahre entfernte Zwerggalaxie als Ursprung dieser Pulse zu identifizieren. Die intensive Polarisierung der Radiowellen deutet zudem darauf hin, dass diese Radiobursts aus einem stark magnetisierten Umfeld stammen müssen.

Doch die große Frage bleibt, ob die anderen Fast Radiobursts aus ähnlichen Quellen stammen. Denn FRB 121102 ist nur einer von zwei Radiobursts, die sich wiederholen. Fast alle anderen Radioblitze aber sind einmalig – sie blitzen kurz auf und dann kommt aus dieser Quelle nichts mehr. Genau das aber hat es bisher nahezu unmöglich gemacht, diese einmaligen Radiobursts zu lokalisieren. Denn dafür ist es nötig, dass mindestens drei voneinander entfernte Radioantennen diesen Puls auffangen. Aus winzigen Unterschieden in der Laufzeit können Astronomen dann errechnen, von wo am Himmel dieser Radiopuls gekommen sein muss. Im Falle der ultrakurzen Radiobursts aber ist das Signal meist vorbei, bevor es mehrere Teleskope ins Visier nehmen können.

Ursprung in ferner Galaxie

Dieses Problem haben Keith Bannister von der australischen Forschungsorganisation CSIRO und sein Team nun gelöst. Denn sie legten sich mit dem neuen Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) auf die Lauer nach Fast Radiobursts. Dieses Observatorium besteht aus 36 jeweils zwölf Meter großen Radioantennen, die auf einer Länge von sechs Kilometern verteilt stehen. Registrieren sie nun alle gemeinsam einen Radioburst, erlaubt dieser Abstand die Triangulation des Signals – und damit eine recht genaue Ortung. „Das Array erreicht eine maximale Winkelauflösung von zehn Bogensekunden“, erklären die Forscher. Für ihre Studie richteten sie alle Antennen des Arrays auf einen Himmelsbereich und warteten darauf, dass ein Radioburst in die „Falle“ ging.

Es klappte: Das ASKAP-Observatorium detektierte den Fast Radioburst FRB 180924 – und konnte ihn erstaunlich genau lokalisieren. „Das ist der große Durchbruch, auf den wir seit der Entdeckung der Fast Radiobursts im Jahr 2007 gewartet haben“, sagt Bannister. Den Messungen zufolge stammt dieser Radiopuls aus einer rund 3,6 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie – ähnlich wie zuvor der Serien-Radioburst FRB 121102 ist auch dieser Radioblitz damit extragalaktischen Ursprungs. „Durch winzige Unterschiede in der Laufzeit von nur Bruchteilen einer Milliardstel Sekunde konnten wir sogar seinen exakten Ausgangsort ermitteln. Er liegt rund 13.000 Lichtjahre vom Zentrum dieser Galaxie entfernt“, berichtet Co-Autor Adam Deller von der Swinburne University of Technology. Er vergleicht dieser Präzision mit der Fähigkeit, vom Mond aus einen Menschen sogar bis auf den Raum der Wohnung genau zu orten.

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Deutlich anders als beim Serien-Puls

Um noch mehr über die Quelle des Radiobursts zu erfahren, kombinierten die Astronomen ihre Daten mit denen optischer Teleskope. In deren Aufnahmen suchten sie nach kosmischen Objekten am Ausgangsort des Radiopulses und damit einer möglichen Abbildung der Quellgalaxie. Tatsächlich fanden die Forscher eine passende Galaxie. „Die Merkmale sprechen für eine massereiche linsenförmige oder leicht spiralförmige Galaxie, die von einer eher alten stellaren Population dominiert wird“, berichten sie. Die stellare Masse dieser Galaxie liegt bei rund 22 Milliarden Sonnenmassen – etwa ein Drittel so viel wie bei der Milchstraße. Nähere Analysen des Radiospektrums von FRB 180924 ergaben zudem, dass dieser weniger stark polarisiert ist als der Serien-Radioburst.

Das aber bedeutet: Die beiden einzigen bisher lokalisierten Radiobursts scheinen sich in ihrem Ursprung deutlich zu unterscheiden. Während der Serienpuls aus einer massearmen, aktiven Zwerggalaxie kommt, ging der Einzelpuls von einer massereichen Galaxie mit geringer Sternbildungsrate aus. Zudem scheint der wiederholte Radioburst aus einer stark magnetisierten Umgebung zu stammen der einzelne Radioburst dagegen nicht, wie die Astronomen erklären. „Die Unterschiede zwischen FRB 180924 und FRB 121102 deuten darauf hin, dass es zwei verschiedene Populationen von Radioburst-Urhebern geben könnte, oder dass diese Urheber in sehr verschiedenen Umgebungen liegen“, konstatieren die Forscher. Ob das tatsächlich so ist, müssen nun weitere Beobachtungen zeigen.

Quelle: Keith Bannister (1Commonwealth Science and Industrial Research Organisation (CSIRO), Epping) et al., Science, doi: 10.1126/science.aaw5903

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