ScienceAlert: Schneller Funkstoß nach Gravitationswellenereignis erkannt

Von Zeit zu Zeit trifft ein seltsames Signal aus dem Weltraum auf unsere Detektoren hier auf der Erde.

Diese als Fast Radio Bursts (FRBs) bekannten Signale sind extrem kurz, nur Millisekunden lang und werden nur in Funkwellen erkannt.

In diesen Millisekunden, bei diesen Wellenlängen, kann es jedoch bis zu 500 Millionen Sonnen ausstoßen – von denen die meisten nie wieder entdeckt werden.

Was sie sind und wie sie geschaffen werden, ist eine rätselhafte Sache. Aber eine neue Entdeckung könnte auf einen bisher unbekannten Mechanismus hinweisen, der diese starken Strahlungsausbrüche erzeugt.

Am 25. April 2019 zeichnete das Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) einen sich nicht wiederholenden schnellen Funkstoß (FRB) auf.

Nur 2,5 Stunden zuvor hatte das Laser Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ein Gravitationswellenereignis aufgezeichnet, und die Kollision, als ein binärer Neutronenstern das unvermeidliche Ende seiner zerfallenden Umlaufbahn erreichte.

Die Position des FRB am Himmel erfolgte innerhalb der glaubwürdigen Region für das Gravitationswellenereignis und aus einer ähnlichen Entfernung. Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Alexandra Moroyano von der University of Western Australia hat festgestellt, dass die Möglichkeit, dass es keinen Zusammenhang zwischen den beiden Ereignissen gibt, sehr gering ist.

FRBs sind sehr mehrdeutig. Nur wenige von ihnen wiederholen sich, und die einzigartige Natur der überwiegenden Mehrheit macht ihr Studium sehr schwierig.

Ihre Entdeckung war rein zufällig; Man musste zur richtigen Zeit den richtigen Fleck am Himmel studieren, um einen zu erwischen. Untersuchungen am Himmel haben die Zahl der Entdeckungen jedoch auf über 600 gebracht.

2020 gelang ein Durchbruch: Zum ersten Mal wurde ein FRB entdeckt, der aus dem Inneren der Milchstraße kam. Es wurde auf eine Art Neutronenstern namens Magnetar zurückgeführt, dessen wahnsinnig starkes äußeres Magnetfeld die innere Gravitationskraft bekämpft und gelegentlich Erdbeben und Eruptionen verursacht.

Aber während ein Fehlverhalten von Magnetiten eine Erklärung bietet, wissen wir nicht, ob das das ganze Bild ist. FRBs sind ziemlich unterschiedlich, und es gibt wahrscheinlich mehr als einen Mechanismus, der sie produzieren kann.

Es gibt mehrere Theorien, die einen Zusammenhang zwischen FRBs und Gravitationswellen vorhersagen, insbesondere wenn Neutronensterne beteiligt sind, entweder während oder nach der Entdeckung von Gravitationswellen.

Also machten sich Moroianu und ihre Kollegen auf die Suche nach den Katalogen. Die CHIME-Katalog Von Beobachtungen von Juli 2018 bis Juli 2019, die sich mit dem LIGO-Virgo-Beobachtungslauf überschnitten, für insgesamt 171 FRB-Ereignisse.

Die Forscher verglichen diese Ereignisse mit GWTC-2 Katalog, auf der Suche nach FRB-Ereignissen, die vorübergehend in der Nähe der Gravitationswellendetektion aufgetreten sind, innerhalb des von LIGO identifizierten Himmelsausschnitts.

Und sie bekamen einen sehr sichtbaren Treffer.

Beobachtet von LIGO GW20190425 am 25. April 2019 um 18:18:05 UTC. Die fehlende Erkennung durch den Virgo-Detektor trug dazu bei, das Gebiet einzugrenzen, aus dem die Entdeckung hervorging. Seine geschätzte Entfernung betrug etwa 520 Millionen Lichtjahre, verursacht durch die Verschmelzung zweier Neutronensterne.

FRB20190425A wurde am selben Tag um 10:46:33 UTC innerhalb des Himmelsbereichs entdeckt, den LIGO als plausible Quelle für Neutronensternverschmelzungen identifiziert hat, und mit einer maximalen Entfernung von 590 Millionen Lichtjahren.

Sie stellten fest, dass dies ein seltsamer Zufall wäre, wenn die beiden nicht miteinander verwandt wären. Die Forscher berechneten, dass die Wahrscheinlichkeit, dass die beiden Ereignisse in bestimmten Entfernungen, dem Zeitrahmen der Entdeckung und innerhalb der von LIGO definierten Raumregion auftreten, nur 0,00019 betrug.

Die beiden Ereignisse stammten wahrscheinlich aus einer Galaxie namens UGC 10667aber der Mechanismus, der FRB erzeugt hat, erfordert möglicherweise eine weitere Analyse.

Derzeit glaubt das Team, dass die Explosion durch einen Blitzangriff ausgelöst wurde, ein Mechanismus, der für FRBs vorgeschlagen wurde Vor fast einem Jahrzehnt. Dies tritt auf, wenn ein Neutronenstern, der zu massereich ist, um zu überleben, zusammenbricht, unterstützt durch den Druck des Zerfalls in ein Schwarzes Loch, wenn sich seine Drehung verlangsamt – das einzige, was diesen Zusammenbruch verhinderte.

„Obwohl wir eine mögliche GW-FRB-Assoziation mit einer einzigen Theorie nicht definitiv bestimmen können, stimmt sie mit der GW-Theorie, dem kurzen Gammastrahlenausbruch (sGRB) und der FRB-Assoziationstheorie überein, die den Zusammenbruch eines Magnetars nach einer Verschmelzung von Doppelsternen hervorruft.“ schreiben die Forscher.

„Der Mechanismus zur Erzeugung des FRB ist der sogenannte Blitzar-Mechanismus, der durch numerische Simulationen bestätigt wurde. Innerhalb dieses Szenarios ist die 2,5-stündige Verzögerungszeit zwischen dem FRB und dem GW-Ereignis die Zeit, in der der Neutronenstern vorher über dem Haufen bleibt in ein Schwarzes Loch kollabieren, was mit der erwarteten Reichweite übereinstimmt, um die Zeitverzögerung eines supermassereichen Magnetars aus theoretischen und Beobachtungsdaten zu messen.

Die Neutronensternmassen von GW20190425 waren viel höher als die der meisten Neutronenstern-Doppelsterne, die in der Milchstraße entdeckt wurden. Diese masseärmeren Doppelsterne würden nach ihrer Verschmelzung stabilere schwere Neutronensterne produzieren, die lange überleben können und häufig FRBs ausspucken, was die wenigen häufigen FRB-Quellen erklärt.

Ob die beiden Ereignisse zusammenhängen oder nicht, muss noch bestätigt werden, aber eines ist sicher: Die geschätzte Rate der Verschmelzungen von binären Neutronensternen ist viel niedriger als die Rate, mit der FRBs wie FRB190425A entdeckt werden. Dieser potenzielle Mechanismus allein kann also nicht die mysteriösen Signale erklären, die über den Funkhimmel strahlen.

Weitere Ermittlungen sind noch gerechtfertigt. Aber es ist sehr aufregend, dass wir einigen Antworten näher zu kommen scheinen.

Forschung veröffentlicht in natürliche Astronomie.