Die Natur der schnellen Radiostrahlungsausbrüche
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Autor: Ralph-Mirko Richter / 20. Juli 2014, 18:35 Uhr

Die Natur der schnellen Radiostrahlungsausbrüche

Die Entdeckung eines nur Sekundenbruchteile andauernden Radiostrahlungsausbruchs mit dem Arecibo-Radioteleskop auf Puerto Rico liefert den Astronomen wichtige neue Daten zu diesen rätselhaften und in der Vergangenheit nur extrem selten beobachteten Ausbrüchen, deren Ursprung sich anscheinend in Entfernungen von Milliarden von Lichtjahren befindet.

Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie
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Rogelio Bernal Andreo (DeepSkyColors.com)

Bild vergrößernEine optische Aufnahme der Himmelsregion in Richtung des Sternbilds Fuhrmann (lateinischer Name Auriga), in welcher der Kurzzeit-Radiostrahlungsausbruch FRB 121102 entdeckt wurde. Die Position des Strahlungsausbruchs zwischen dem alten Supernova-Überrest S147 (links) und dem Sternentstehungsgebiet IC 410 (rechts) ist durch einen grünen Kreis markiert. Der Radioblitz stammt allerdings aus einer wesentlich größerer Entfernung und hat seinen Ursprung weit außerhalb der Grenzen unserer Milchstraße.
(Bild: Rogelio Bernal Andreo (DeepSkyColors.com))
Bei den so genannten schnellen Radiosstrahlungsausbrüchen oder "Radioblitzen" (engl. "Fast Radio Bursts", kurz "FRB") handelt es sich um kurzzeitig auftretende Phänomene mit einer Dauer von lediglich wenigen Millisekunden, welche erstmals im Jahr 2006 mit dem 64-Meter-Radioteleskop des Parkes-Observatorium in Australien aufgezeichnet wurden. Erste Vermutungen gingen damals dahin, dass diese Signale ihren Ursprung in Entfernungen von mehreren Milliarden Lichtjahren zu unserer Heimatgalaxie haben könnten.

Die Tatsache, dass entsprechende Ergebnisse jedoch mit keinem anderen Teleskop der Erde bestätigt werden konnten, führte zwischenzeitlich zu der Annahme, dass das australische Radioteleskop Signale von Quellen auf der Erde oder in deren unmittelbaren Umgebung aufgezeichnet haben könnte. Ab dem Jahr 2009 erfolgende ausführlichere Suchen nach weiteren solchen FRBs und die Analyse der dabei entdeckten Radiostrahlungsausbrüche führte in den folgenden Jahren zu der Erkenntnis, dass die Quellen dieser FRBs tatsächlich weit außerhalb unserer Heimatgalaxie angesiedelt sind. Die kürzlich erfolgte Entdeckung eines weiteren FRBs bestätigt diese Resultate und liefert zudem wichtige neue Daten über die Natur und Häufigkeit dieser rätselhaften Ausbrüche.

Der besagte Strahlungsausbruch mit der Bezeichnung "FRB 121102" wurde am 2. November 2012 mit dem Arecibo-Radioteleskop beobachtet, dessen Radioreflektor über einen Durchmesser von 304,8 Metern verfügt. Zum ersten Mal wurde ein solcher Radiostrahlungsausbruch dabei in der nördlichen Hemisphäre des Himmels beobachtet. Die Position des neu entdeckten Radiostrahlungsausbruchs liegt in Richtung des Sternbilds Fuhrmann (lateinischer Name Auriga). Gleichzeitig handelt es sich dabei um die erste Detektion eines FRBs, welche nicht mit dem Parkes-Observatorium erfolgte. Die daraus resultierenden Forschungsergebnisse eines internationalen Teams von Astronomen unter der Leitung von Dr. Laura G. Spitler vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie wurden am 10. Juli 2014 in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift "Astrophysical Journal" unter dem Titel "Fast Radio Burst discovered in the Arecibo Pulsar Alfa Survey" veröffentlicht.

NAIC

Bild vergrößernEine Luftaufnahme des Arecibo-Radioteleskops.
(Bild: NAIC)
Fast Radio Bursts

Schnellen Radiostrahlungsausbrüche dauern jeweils nur wenige Millisekunden an und konnten aufgrund ihrer kurzen Dauer bisher kaum beobachtet oder gar eingehender untersucht werden. Die Beobachtungen mit dem Arecibo-Teleskop führen jedoch zu dem Schluss, dass - verteilt über den gesamten Himmel - pro Tag rund 10.000 dieser ungewöhnlichen kosmischen Ereignisse auftreten sollten. Diese erstaunlich große Anzahl ergibt sich aus Berechnungen, wie lange ein wie großer Abschnitt des Himmels beobachtet wurde, um die bisherigen wenigen Entdeckungen zu erhalten.

"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", so Dr. Laura Spitler. "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/Kanada und leitende Wissenschaftlerin des Arecibo-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 derzeit allerdings immer noch ein ungelöstes Rätsel für die Astrophysiker dar. Die gegenwärtigen Vermutungen drehen sich dabei um eine Reihe von exotischen astrophysikalischen Phänomenen wie zum Beispiel verdampfende Schwarze Löcher, miteinander verschmelzende Neutronensterne oder Strahlungsausbrüche auf Magnetaren - einer speziellen Unterklasse von Neutronensternen, welche über extreme starke Magnetfelder verfügen.

"Eine andere Möglichkeit wäre ein Phänomen wie die bei manchen Pulsaren beobachteten Riesenpulse, aber mit einer wesentlich höheren Helligkeit", so James Cordes, Professor für Astronomie an der Cornell-Universität in Ithaca im US-Bundesstaat New York und einer der Co-Autoren der aktuellen Veröffentlichung.

Wie aus der Messung eines als Plasmadispersion bekannten Effekts abgeleitet werden kann, stammen die Radioblitze aus einem Bereich des Universums, welcher sich weit außerhalb der Umgebung unserer Heimatgalaxie befindet. Im Rahmen der Plasmadispersion lassen sich Signale, welche über größere Strecken durch das Universum laufen, von künstlichen, auf der Erde erzeugten Signalen durch den Einfluss von interstellaren Elektronen unterscheiden. Diese 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.

Ralph-Mirko Richter (Raumfahrer.net)

Bild vergrößernEin Foto des Radioteleskops Effelsberg.
(Bild: Ralph-Mirko Richter (Raumfahrer.net))
Die hier kurz vorgestellte Entdeckung erfolgte im Rahmen von Beobachtungen für das "Pulsar Arecibo L-Band Feed Array"-Projekt (kurz "PALFA"), in dessen Rahmen sich die daran beteiligten Astronomen auf die Suche nach bisher unentdeckten Pulsaren begeben. Im Rahmen dieses Himmelsdurchmusterungsprojektes konnten bisher mehr als 100 zuvor unbekannte Pulsare entdeckt werden. Einige davon werden gegenwärtig zwecks der Erforschung von fundamentalen Eigenschaften von Neutronensternen und zur Überprüfung von verschiedenen Theorien der Gravitationsphysik weitergehend untersucht.

Zukünftige Untersuchungen der Fast Radio Bursts

Die Suche nach weiteren "schnellen Radiostrahlungsausbrüchen" hat sich mittlerweile zu einem vorrangigen Projekt für derzeitig bereits aktive beziehungsweise noch in der Planungsphase befindliche Radio-Observatorien entwickelt.

"Unser Radioteleskop in Effelsberg hat großes Potential, um noch eine Menge dieser Ausbrüche zu entdecken", schließt Dr. 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."

Zukünftige Radioteleskop-Projekte wie das "Square Kilometre Array" (SKA) und dessen bereits existierenden 'Pfadfinder'-Projekte stellen für die auf deren Suche spezialisierten Astronomen extrem effektive Werkzeuge dafür dar, um Radioblitze systematisch aufzuspüren und den Wissensstand über dieses Phänomen entscheidend zu verbessern.

Leider sieht es nach dem derzeitigen Stand allerdings so aus, dass Wissenschaftler aus Deutschland aufgrund einer kürzlich getroffenen Entscheidung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) weitestgehend von den damit verbundenen Forschungen des SKA - und von den Arbeiten mit dem SKA allgemein - ausgeschlossen sein werden. Einen entsprechende Bericht finden Sie hier auf der Internetseite der Zeitschrift "Spektrum".

Nicht nur aufgrund der jetzt publizierten Ergebnisse zu dem im Jahr 2012 entdeckten FRB ist somit zu hoffen, dass das BMBF seine getroffene Entscheidung überdenkt und revidiert!

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