Die neueste Entdeckung von Astronomen zeigt, dass zumindest einige Fast Radio Bursts (FRBs) nicht von isolierten Sternen stammen, sondern in Doppelsternsystemen entstehen, in denen zwei Sterne einander umkreisen. Dies liefert den bisher stärksten Hinweis auf die Ursache dieses mysteriösesten Radioburst-Phänomens im Universum.
Dieses Ergebnis wurde von einem internationalen Team erzielt, zu dem auch Forscher des Fachbereichs Physik der Universität Hongkong gehörten. Sie nutzten Chinas „Sky Eye“ – das 500-Meter-Aperture Spherical Radio Telescope (FAST) in Guizhou, um fast 20 Monate lang eine kontinuierliche Überwachung eines wiederholbaren schnellen Radioausbruchs durchzuführen. Beobachtungsergebnisse zeigen, dass die Quelle des FRB in manchen Fällen kein einzelnes kompaktes Objekt, sondern ein Mitglied einer Doppelsternumlaufbahn ist und dass seine Umgebung erheblich von den Aktivitäten eines nahegelegenen Begleitsterns beeinflusst wird.
Die vom Forschungsteam identifizierte Zielquelle ist FRB 220529A, eine wiederkehrende Explosionsquelle aus einer etwa 2,5 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie. Es wurde mehrfach in den regelmäßigen Überwachungsplan von FAST aufgenommen. Zunächst war die Leistung der Quelle mittelmäßig, doch am Ende der 17-monatigen Langzeitverfolgung zeichnete das Teleskop ein äußerst seltenes Ereignis dramatischer Veränderungen der Polarisationssignale auf, das zum Schlüssel zu diesem Durchbruch wurde.
FRB ist für seine ultrakurze Dauer in der Größenordnung von Millisekunden und nahezu 100 % lineare Polarisation bekannt. Wenn die empfangene Radiowelle das magnetisierte Medium durchdringt, dreht sich die Polarisationsebene mit der Frequenz, was der sogenannten Faraday-Rotation entspricht. Seine Stärke wird durch den „Rotationsbetrag“ (RM) charakterisiert. Bei dieser Beobachtung stellten die Forscher fest, dass der RM von FRB 220529A Ende 2023 plötzlich um mehr als das Hundertfache anstieg und dann innerhalb von nur zwei Wochen schnell wieder auf das ursprüngliche Niveau zurückfiel. Dieser „plötzliche Anstieg-Erholung“-Prozess wurde vom Team „RM Flare“ genannt.
Solche kurzen und heftigen RM-Änderungen deuten auf dichte magnetisierte Plasmaklumpen hin, die plötzlich in der Nähe der Sichtlinie auftauchen und sich schnell wieder entfernen. Die Forscher schlugen vor, dass die natürliche Erklärung darin besteht, dass sich in der Nähe der FRB-Quelle ein Begleitstern befindet, der heftige Aktivitäten erfährt, die dem koronalen Massenauswurf (CME) der Sonne ähneln, und hochdichte geladene Plasmawolken ausstößt, die kurzzeitig durch die Sichtlinie ziehen und so starke Störungen in der Radiopolarisation während des FRB-Ausbruchs verursachen.
Zhang Bing, einer der Mitautoren des Artikels, Lehrstuhlinhaber für Astrophysik an der Universität Hongkong und Gründungsdirektor des Instituts für Astronomie und Astrophysik an der Universität Hongkong, sagte, dass diese Entdeckung entscheidende Hinweise auf den Ursprung einiger wiederholbarer FRBs liefert. Er wies darauf hin, dass relevante Beweise ein solches Szenario stark stützen: Die FRB-Quelle ist ein Magnetar mit einem extrem starken Magnetfeld, und in der Nähe befindet sich ein sonnenähnlicher Stern, und die beiden bilden zusammen ein aktiv interagierendes Doppelsternsystem.
Li Ye, der Erstautor des Papiers vom Purple Mountain Observatory der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der Universität für Wissenschaft und Technologie von China, sagte, dass die Eigenschaften von Plasmaklumpen, die bei RM-Flare-Ereignissen erforderlich sind, in hohem Maße mit den typischen Parametern von ausgestoßenem Material übereinstimmen, wenn die Sonne und andere Sterne in CME explodieren. Obwohl dieser Begleitstern nicht durch direkte Abbildungen in einer Entfernung von Milliarden Lichtjahren bestätigt werden kann, hat seine Existenz durch fortgesetzte gemeinsame Beobachtungen von FAST und dem Parkes Radio Telescope in Australien einen deutlichen „Fingerabdruck“ in den Radiodaten hinterlassen.
Yang Yuanpei, einer der Co-Erstautoren des Papiers und Professor an der Yunnan-Universität, wies darauf hin, dass das auf dem Doppelsterngerüst basierende theoretische Modell die beobachteten dramatischen Veränderungen und Wiederherstellungsprozesse von RM gut reproduzieren kann, was wichtige theoretische Unterstützung für diese Erklärung lieferte. Ein weiterer mitkorrespondierender Autor, der Forscher Wu Xuefeng vom Purple Mountain Observatory und der University of Science and Technology of China, betonte, dass dieses Ergebnis von der langfristigen gemeinsamen Investition mehrerer Weltklasse-Teleskope und der kontinuierlichen Beobachtungs- und Datenanalysearbeit des wissenschaftlichen Forschungsteams über die Jahre profitiert.
Diese Entdeckung unterstützt außerdem ein einheitliches physikalisches Bild, das Zhang Bing und seine Mitarbeiter in den letzten Jahren vorgeschlagen haben: Alle schnellen Radioausbrüche stammen von Magnetaren, und ob sie Ausbrüche häufig wiederholen können und die Wahrscheinlichkeit, auf der Erde entdeckt zu werden, könnte eng damit zusammenhängen, ob der Magnetar einen Begleitstern hat und welche geometrische Konfiguration das Doppelsternsystem hat. In diesem Rahmen sorgen Doppelsternsysteme für eine komplexere und veränderlichere Plasma- und Magnetfeldumgebung um Magnetare, was die Erzeugung hochfrequenter, wiederholbarer Ausbrüche erleichtert.
Zusammengestellt von /ScitechDaily