Astronomen verknüpfen zum ersten Mal einen mysteriösen schnellen Radioausbruch mit Gravitationswellen

Ein Team von Kollegen und ich haben gerade veröffentlichte Beweise in Natur Astronomie für das, was mysteriöse Ausbrüche von Radiowellen aus fernen Galaxien erzeugen könnte, bekannt als schnelle Funkstöße oder FRB.

Zwei kollidieren Neutronensterne– jeweils der superdichte Kern eines explodierten Sterns – erzeugte einen Ausbruch von Gravitationswellen, als sie zu einem „supramassiver Neutronenstern. Das Team stellte fest, dass sie zweieinhalb Stunden später einen FRB erzeugten, als der Neutronenstern in ein Schwarzes Loch kollabierte.

Oder so denken wir. Der wichtigste Beweis, der unsere Theorie bestätigen oder widerlegen würde – ein optischer oder Gammastrahlenblitz, der aus der Richtung des schnellen Funkstoßes kam – verschwand vor fast vier Jahren. In ein paar Monaten bekommen wir vielleicht eine weitere Chance herauszufinden, ob wir richtig liegen.

Kurz und kraftvoll

FRBs sind unglaublich starke Radiowellenimpulse aus dem Weltraum, die etwa eine Tausendstelsekunde dauern. Unter Verwendung von Daten von einem Radioteleskop in Australien, dem Australian Square Kilometer Array Pathfinder (FRAGEN), Astronomen haben herausgefunden dass die meisten FRBs aus Galaxien stammen, die so weit von Licht entfernt sind Milliarden von Jahren, um uns zu erreichen. Aber was diese Radiowellenausbrüche erzeugt, gibt den Astronomen seither Rätsel auf eine Ersterkennung .

Der beste Hinweis kommt von einem Objekt in unserer Galaxie, bekannt als SGR 1935+2154. Es ist ein Magnetar, ein Neutronenstern mit Magnetfeldern, die etwa eine Billion Mal stärker sind als ein Kühlschrankmagnet. Am 28. April 2020 produzierte es a heftiger Ausbruch von Funkwellen– ähnlich wie ein FRB, wenn auch weniger leistungsfähig.

Astronomen haben lange vorhergesagt, dass zwei Neutronensterne – ein Doppelstern – verschmelzen, um einen zu erzeugen schwarzes Loch sollte auch einen Ausbruch von Funkwellen erzeugen. Die beiden Neutronensterne werden stark magnetisch sein, und Schwarze Löcher können keine Magnetfelder haben. Die Idee ist, dass das plötzliche Verschwinden von Magnetfeldern, wenn die Neutronensterne verschmelzen und zu einem Schwarzen Loch kollabieren, einen schnellen Funkstoß erzeugt. Wechselnde Magnetfelder erzeugen elektrische Felder – so produzieren die meisten Kraftwerke Strom. Und die enorme Änderung der Magnetfelder zum Zeitpunkt des Zusammenbruchs könnte die intensiven elektromagnetischen Felder eines FRB erzeugen.

Die Suche nach dem rauchenden Colt

Um diese Idee zu testen, suchte Alexandra Moroianu, eine Masterstudentin an der University of Western Australia, nach verschmelzenden Neutronensternen, die vom Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in den USA. Die Gravitationswellen, nach denen LIGO sucht, sind Wellen in der Raumzeit, die durch die Kollision zweier massiver Objekte wie Neutronensterne erzeugt werden.

LIGO hat zwei Verschmelzungen von Neutronensternen gefunden. Entscheidend ist die zweite, bekannt als GW190425, trat auf, als ein neues FRB-Jagdteleskop anrief CHIME war auch betriebsbereit. Da CHIME jedoch neu ist, hat es zwei Jahre gedauert seinen ersten Datenstapel freizugeben. Als dies der Fall war, identifizierte Moroianu schnell einen schnellen Funkstoß, der gerufen wurde FRB 20190425A die nur zweieinhalb Stunden nach GW190425 stattfand.

So aufregend dies auch war, es gab ein Problem – nur einer der beiden Detektoren von LIGO funktionierte zu diesem Zeitpunkt und schaffte es sehr unsicher wo genau GW190425 hergekommen war. Tatsächlich bestand eine fünfprozentige Chance, dass dies nur ein Zufall sein könnte.

Schlimmer noch, die Fermi Satellit, der Gammastrahlen von der Fusion hätte erkennen können – die „rauchende Waffe“, die den Ursprung von GW190425 bestätigt – war von der Erde blockiert an der Zeit.

Wahrscheinlich kein Zufall

Der entscheidende Hinweis war jedoch, dass FRBs die Gesamtmenge an Gas verfolgen, die sie durchströmt haben. Wir wissen das, weil sich hochfrequente Radiowellen schneller durch das Gas ausbreiten als niederfrequente Wellen, sodass uns die Zeitdifferenz zwischen ihnen die Menge an Gas verrät.

Denn wir kennen die durchschnittliche Gasdichte des Universums, können wir diesen Gasgehalt auf die Entfernung beziehen, die als bekannt ist Macquart-Beziehung. Und die von FRB 20190425A zurückgelegte Entfernung entsprach nahezu perfekt der Entfernung zu GW190425. Bingo!

Haben wir also die Quelle aller FRBs entdeckt? Nein. Es gibt nicht genug verschmelzende Neutronensterne im Universum, um die Anzahl der FRBs zu erklären – einige müssen immer noch von Magnetaren stammen, wie es SGR 1935+2154 tat.

Und selbst mit den Beweisen besteht immer noch eine Chance von 1 zu 200, dass dies alles ein riesiger Zufall sein könnte. LIGO und zwei andere Gravitationswellendetektoren, Jungfrau und KAGRA, Wird Wieder anschalten im Mai dieses Jahres, und seien Sie sensibler als je zuvor, während GLOCKEN und andere Radioteleskope sind bereit, alle FRBs von Neutronensternverschmelzungen sofort zu erkennen.

In ein paar Monaten werden wir vielleicht herausfinden, ob wir einen entscheidenden Durchbruch geschafft haben – oder ob es nur ein Strohfeuer war.

Clancy W. James möchte Alexandra Moroianu, der Hauptautorin der Studie, Anerkennung zollen; seine Co-Autoren Linqing Wen, Fiona Panther, Manoj Kovalem (University of Western Australia), Bing Zhang und Shunke Ai (University of Nevada); und sein verstorbener Mentor Jean-Pierre Macquart, der die Gas-Distanz-Beziehung, die jetzt nach ihm benannt ist, experimentell verifizierte.

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.

Bild-Kredit: CSIRO/Alex Cherney

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• Quelle: https://singularityhub.com/2023/03/30/for-the-first-time-astronomers-have-linked-a-mysterious-fast-radio-burst-with-gravitational-waves/