Zum ersten Mal haben Astronomen einen schnellen Radiostoß (FRB) bis zum Rand einer alten, toten, elliptischen Galaxie verfolgt – ein beispielloses Zuhause für ein Phänomen, das zuvor mit viel jüngeren Galaxien in Verbindung gebracht wurde.
Die Entdeckung, die in zwei ergänzenden Studien unter der Leitung der Northwestern University und der McGill University detailliert beschrieben wurde, widerlegt die Annahmen, dass FRBs ausschließlich aus Regionen aktiver Sternentstehung stammen. Die neuen Beobachtungsergebnisse deuten stattdessen darauf hin, dass die Ursprünge dieser mysteriösen kosmischen Ereignisse vielfältiger sein könnten als bisher angenommen.
Beide Studien werden am Dienstag (21. Januar) im veröffentlicht Astrophysikalische Tagebuchbriefe.
„Die vorherrschende Theorie besagt, dass FRBs von Magnetaren stammen, die durch Kernkollaps-Supernovae entstanden sind“, sagte Tarraneh Eftekhari von Northwestern, die eine der Studien leitete und Mitautorin der anderen war. „Das scheint hier nicht der Fall zu sein. Während junge, massereiche Sterne ihr Leben als Kernkollaps-Supernovae beenden, sehen wir in dieser Galaxie keine Hinweise auf junge Sterne. Dank dieser neuen Entdeckung zeichnet sich ein Bild ab.“ Das zeigt, dass nicht alle FRBs von jungen Sternen stammen. Möglicherweise gibt es eine Unterpopulation von FRBs, die mit älteren Systemen in Verbindung stehen.
„Dieser neue FRB zeigt uns, dass sich das Universum gerade dann umdreht und uns überrascht, wenn man glaubt, ein astrophysikalisches Phänomen zu verstehen“, sagte Wen-fai Fong von Northwestern, leitender Autor beider Studien. „Dieser ‚Dialog‘ mit dem Universum macht unser Fachgebiet der Zeitbereichsastronomie so unglaublich spannend.“
Eftekhari ist NASA-Einstein-Stipendiat am Northwestern Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA). Fong ist außerordentlicher Professor für Physik und Astronomie am Weinberg College of Arts and Sciences im Nordwesten und Mitglied von CIERA.
Eine Premiere für die CHIME-Auslegerteleskope
Astronomen entdeckten den neuen FRB mit der Bezeichnung FRB 20240209A erstmals im Februar 2024 mit dem Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME). FRBs, die innerhalb von Millisekunden aufflammen und verschwinden, sind kurze, starke Radioexplosionen, die in einem kurzen Ausbruch mehr Energie erzeugen, als unsere Sonne in einem ganzen Jahr aussendet.
Aber dieses Ereignis flammte mehr als einmal auf. Zwischen dem ersten Ausbruch im Februar und Juli 2024 erzeugte dieselbe Quelle weitere 21 Impulse – sechs davon wurden auch von einem Auslegerteleskop entdeckt, das 60 Kilometer von der CHIME-Hauptstation entfernt stand. Die Ausleger sind kleinere Versionen von CHIME und ermöglichen es Astronomen, die spezifischen Standorte von FRBs am Himmel genau zu bestimmen.
Bisher massereichste FRB-Wirtsgalaxie
Nachdem das Team die Position des FRB bestimmt hatte, beeilten sich Eftekhari und ihre Mitarbeiter, mit Teleskopen an den Observatorien WM Keck und Gemini die Umgebung des Ereignisses zu erkunden. In einem speziellen Raum auf dem Evanston-Campus haben Astronomen aus dem Nordwesten Fernzugriff auf Keck, was ihnen die schnelle Beobachtung äußerst interessanter Phänomene ermöglicht.
Anstatt eine junge Galaxie zu finden, zeigten diese Beobachtungen überraschenderweise, dass der FRB am Rande einer 11,3 Milliarden Jahre alten Nachbargalaxie entstand, die nur 2 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt liegt.
Um mehr über diese ungewöhnliche Wirtsgalaxie zu erfahren, führte das Team Simulationen mit Hochleistungscomputern durch. Sie fanden heraus, dass die Galaxie extrem leuchtend und unglaublich massereich ist – 100 Milliarden Mal so groß wie die Masse unserer Sonne.
„Es scheint die bislang massereichste FRB-Wirtsgalaxie zu sein“, sagte Eftekhari. „Sie gehört zu den massereichsten Galaxien überhaupt.“
Ein weit entferntes Zuhause
Doch während die meisten FRBs ihren Ursprung weit innerhalb ihrer Galaxien haben, verfolgte das Team FRB 20240209A bis zum Rand seiner Heimat – 130.000 Lichtjahre vom Zentrum der Galaxie entfernt, wo nur wenige andere Sterne existieren.
„Unter der FRB-Population ist dieser FRB am weitesten vom Zentrum seiner Heimatgalaxie entfernt“, sagte Vishwangi Shah, ein Doktorand am McGill, der die Bemühungen zur Bestimmung der Ursprünge des FRB leitete. „Das ist sowohl überraschend als auch aufregend, da man davon ausgeht, dass FRBs innerhalb von Galaxien entstehen, oft in Sternentstehungsregionen. Die Lage dieses FRBs so weit außerhalb seiner Muttergalaxie wirft die Frage auf, wie solche energiereichen Ereignisse in Regionen auftreten können, in denen es keine neuen Ereignisse gibt.“ Sterne entstehen.“
„Partnerschafts“-FRBs
Vor dieser Entdeckung hatten Astronomen nur einen weiteren FRB auf die äußeren Ränder einer Galaxie zurückgeführt. Im Jahr 2022 entdeckte ein internationales Astronomenteam einen FRB, der von einem dichten Sternhaufen am Rande von Messier 81 (M81) ausging, einer großartigen Spiralgalaxie, die sich etwa 12 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt befindet. Obwohl FRB 20240209A in einer elliptischen Galaxie stattfand, weisen die beiden Ereignisse mehrere andere Gemeinsamkeiten auf.
„Vor ein paar Jahren wurde der M81 FRB überraschenderweise in einem dichten Sternhaufen namens Kugelsternhaufen entdeckt“, sagte Fong. „Dieses Ereignis stoppte im Alleingang den herkömmlichen Gedankengang und veranlasste uns, andere Vorläuferszenarien für FRBs zu untersuchen. Seitdem wurde kein vergleichbarer FRB gesehen, was uns zu der Annahme veranlasste, dass es sich um eine einmalige Entdeckung handelte – bis jetzt.“
„Tatsächlich könnte dieser CHIME FRB ein Zwilling des M81-Ereignisses sein. Er ist weit von seiner Heimatgalaxie entfernt (weit entfernt von dem Ort, an dem irgendwelche Sterne geboren werden), und die Sternpopulation in seiner Heimatgalaxie ist extrem alt. Es gab Es ist auf dem besten Weg und geht nun in den Ruhestand. Gleichzeitig veranlasst uns diese Art von alter Umgebung, unsere Standard-FRB-Vorläufermodelle zu überdenken und uns exotischeren Formationskanälen zuzuwenden, was aufregend ist.
Von den fast 100 FRBs, die bisher einer Galaxie zugeordnet werden konnten, stammen die meisten wahrscheinlich von Magnetaren, die durch Kernkollaps-Supernovae entstehen. Astrophysiker vermuten jedoch, dass der Ursprung von FRB 20240209A dem in M81 gefundenen FRB ähnelt.
Mögliche Erklärungen
Die von McGill geleitete Studie diskutiert die Wahrscheinlichkeit, dass der neue FRB aus einem dichten Kugelsternhaufen stammt. Solche Cluster sind vielversprechende Standorte für Magnetare, die möglicherweise durch andere Mechanismen entstanden sind und mit älteren Sternen in Verbindung stehen, unter anderem durch die Verschmelzung zweier Neutronensterne oder durch den Zusammenbruch eines Weißen Zwergs unter seiner eigenen Schwerkraft.
„Ein Kugelsternhaufen-Ursprung für diesen sich wiederholenden FRB ist das wahrscheinlichste Szenario, um zu erklären, warum sich dieser FRB außerhalb seiner Muttergalaxie befindet“, sagte Shah. „Wir wissen nicht genau, ob an der FRB-Position ein Kugelsternhaufen vorhanden ist, und haben einen Vorschlag eingereicht, das James Webb-Weltraumteleskop für Folgebeobachtungen der FRB-Position zu nutzen. Wenn ja, würde es nur diesen FRB machen.“ der zweite bekannte FRB befindet sich in einem Kugelsternhaufen. Wenn nicht, müssten wir alternative exotische Szenarien für den Ursprung des FRB in Betracht ziehen.
„Es ist klar, dass es noch viel spannendes Entdeckungspotenzial gibt, wenn es um FRBs geht“, sagte Eftekhari, „und dass ihre Umgebungen der Schlüssel zur Enthüllung ihrer Geheimnisse sein könnten.“
Die Studien „Eine sich wiederholende schnelle Radiostoßquelle am Rande einer ruhenden Galaxie“ und „Die massive und ruhende elliptische Wirtsgalaxie des sich wiederholenden schnellen Radiostoßes FRB 20240209A“ wurden von der Gordon & Betty Moore Foundation, der NASA und dem Space unterstützt Telescope Science Institute, die National Science Foundation, die David and Lucile Packard Foundation, die Alfred P. Sloan Foundation, die Research Corporation for Science Advancement, das Canadian Institute for Advanced Research, The Canadian Natural Sciences and Engineering Council of Canada, die Canada Foundation for Innovation und das Trottier Space Institute in McGill.
