FRB 121102: Wiederholende Radioblitze entstammen einer extremen magnetischen Umgebung

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Künstlerische Darstellung eines Neutronensterns (Illu.).

Copyright: NASA

Amsterdam (Niederlande) – “FRB 121102” bezeichnet die bislang einzige kosmische Radioquelle, aus der wiederholt ebenso extrem kurze wie energiereiche Radiostrahlungsausbrüche (sog. Fast Radio Bursts, FRB) ausgesendet werden. Um was es sich bei dieser Quelle genau handelt, darin sind sich Astrophysiker bislang noch uneins. Neben astrophysikalischen Phänomenen spekulieren einige Forscher aber auch über eine künstliche Natur der sich wiederholenden Signale. Jetzt ist ein internationales Forscherteam der Quelle ein gutes Stück näher gekommen und verortet diese in die direkte Nähe extrem starker Magnetfelder wie sie etwa von massereichen Schwarzen Löchern oder energiereichen kosmischen Nebel ausgehen.

Wie das Team um Daniele Michilli von der Universität Amsterdam und dem Niederländischen Institut für Radioastronomie (ASTRON) gestern auf einer Pressekonferenz im Rahmen des Jahrestreffens der American Astronomical Society (AAS) und aktuell im Fachjournal “Nature” (DOI: 10.1038/nature25149) berichten, zeigen die neusten Beobachtungen mit den Teleskopen des Arecibo-Observatoriums auf Puerto Rico, und dem Green-Bank-Observatorium in West Virginia, dass die FRBs sehr stark polarisiert auftreten. Das Verhalten der polarisierten Strahlung bei unterschiedlichen Frequenzen mache es möglich, die direkte Umgebung der Strahlungsquelle auf neuartige Weise zu erforschen.

Durchläuft polarisierte Radiostrahlung ein kosmisches Magnetfeld, so wird die Ausrichtung dieser Polarisation durch einen Effekt verdreht, der als “Faraday-Rotation” bezeichnet wird: “Je stärker das Magnetfeld desto größer das Ausmaß der Verdrehung”, erläutert die Pressemitteilung des an den Beobachtungen beteiligten Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (MPIfR). “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.”

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“Die einzigen bekannten Quellen in unserer eigenen Heimatgalaxie, der Milchstraße, deren polarisierte Strahlung so stark verdreht wird wie im Falle von FRB121102, liegen im Galaktischen Zentrum und damit in einer dynamischen Region in unmittelbarer Nähe zu einem massereichen Schwarzen Loch”, erläutert Michilli und führt dazu weiter aus: “Die Verdrehung der Polarisation in den Strahlungsausbrüchen könnte aber auch dadurch erklärt werden, dass sich die Quelle in einem leuchtkräftigen Nebel oder Supernovaüberrest befindet.”

Der Schlüssel zu dem neuen Resultat war laut den Forschern 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”, erklärt Andrew Seymour vom Arecibo-Observatorium. “Hinzu kommt, dass Eigenschaften und Verlauf der Polarisation der junger energiereicher Neutronensternen in unserer Milchstraße ähneln. Das unterstützt Modelle zum Ursprung der Radioblitze in Neutronensternen.”

Nachdem die wiederholten Radioausbrüche bereits seit einigen Jahren geortet werden, gelang es Astronomen erst vor etwa einem Jahr, die genaue Position von FRB121102 im Innern eines rund drei Milliarden Lichtjahre entfernten Sternentstehungsgebiets in einer Zwerggalaxie zu bestimmen (…GreWi berichtete).

Der gewaltige Abstand von rund 3 Milliarden Lichtjahren zwischen Erde und der Quelle zeigt, welch ebenso gewaltige Mengen an Energie freigesetzt werden: “In einem nur eine Millisekunde lang andauernden Radioblitz ist die gleiche Energie gebündelt, 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”, erklärt Laura Spitler vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie und führt dazu weiter aus: “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.”

Während die Autoren der Studie in ihren Ausführungen somit keinen Gedanken mehr an eine künstliche Quelle der Radioausbrüche verschwenden, wollen sie in weiteren Untersuchungen prüfen, wie sich die Eigenschaften der Strahlungsausbrüche mit der Zeit verändern. Zukünftig sollte es dann auch 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 eine 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 und die Forscher sind gespannt auf die Ergebnisse, um weitere fundamentale Fragen über die Natur der schnellen Radiostrahlungsausbrüche zu beantworten”, erläutert das Max-Planck-Institut abschließend.

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