Überraschender Zusammenhang zwischen schnellen Funkausbrüchen und Erdbeben entdeckt – Physics World

Forscher in Japan haben bemerkenswerte Ähnlichkeiten zwischen dem statistischen Verhalten sich wiederholender schneller Funkausbrüche (Repeating Fast Radio Bursts, FRBs) und Erdbeben festgestellt.

FRBs sind kurze, intensive Radiowellenausbrüche von außerhalb unserer Galaxie. Während diese Ausbrüche typischerweise einige Millisekunden dauern, haben Astronomen auch Ausbrüche gefunden tausendmal kürzer.

FRBs werden grob in zwei Kategorien unterteilt: sich wiederholende FRB-Quellen und „einmalige“ FRBs, die sich noch nicht wiederholt haben. Ob sich alle FRB-Quellen wiederholen, bleibt eine offene Frage.

Die Astrophysiker Tomonori Totani und Yuya Tsuzuki von der Universität Tokio verwendeten in ihrer Studie einen Datensatz von 7000 Ausbrüchen aus drei sich wiederholenden Quellen. Die Daten wurden von Radioastronomen mit dem erfasst Arecibo Observatorium in Puerto Rico und Sphärisches T mit XNUMX-Meter-AperturTeleskop im Südwesten Chinas.

Eine dieser Quellen – FRB20121102A – liegt über drei Milliarden Lichtjahre entfernt und war der erste entdeckte FRB-Repeater.

Das Duo stellte fest, dass die Ankunftszeiten der Bursts von FRB20121102A ein hohes Maß an Korrelation aufwiesen, wobei viel mehr Bursts innerhalb einer Sekunde eintrafen, als zu erwarten wäre, wenn die Burst-Erzeugung völlig zufällig wäre. Bei längeren Zeiträumen verschwand dieser Zusammenhang, und die Ausbrüche, die mehr als eine Sekunde voneinander entfernt waren, trafen völlig zufällig ein.

Sie stellten Ähnlichkeiten mit diesem Verhalten her, wie Erdbeben in den Stunden oder Tagen nach einem Beben sekundäre Nachbeben hervorrufen, die dann jedoch völlig unvorhersehbar werden, sobald eine Episode von Nachbeben vorüber ist.

Darüber hinaus fanden sie heraus, dass die Rate dieser FRB-„Nachbeben“ demselben Omori-Utsu-Gesetz folgt, das das Auftreten von Erdbeben-Nachbeben auf der Erde charakterisiert. Das Gesetz besagt, dass kurz nach einem großen Erdbeben die Nachbebenrate über einen kurzen Zeitraum von Minuten bis Stunden konstant bleibt. Danach sinkt die Nachbebenrate und nimmt ungefähr im umgekehrten Verhältnis zur Zeit seit dem Hauptbeben ab.

Sie fanden heraus, dass jeder Ausbruch je nach Quelle eine Wahrscheinlichkeit von 10–50 % hatte, ein Nachbeben auszulösen. Diese Wahrscheinlichkeit blieb konstant, auch wenn die FRB-Aktivität in einer bestimmten Episode plötzlich anstieg. Erdbeben zeigen ein ähnliches Verhalten, ihre Nachbebenraten bleiben konstant, auch wenn sich die gesamte Erdbebenaktivität innerhalb einer Region ändert.

Es gibt jedoch einen wesentlichen Unterschied zwischen FRBs und Erdbeben. Während Nachbeben von Erdbeben tendenziell systematisch schwächer sind als der Hauptschock, weisen zeitkorrelierte FRBs völlig unkorrelierte Energien auf. Dies bedeutet, dass es bei FRBs im Wesentlichen keinen Unterschied zwischen einem „Vorbeben“ und einem „Nachbeben“ gibt, da der Hauptschock nicht hervorsticht.

In einer weit entfernten Galaxie

Totani weist jedoch darauf hin, dass dies am begrenzten dynamischen Bereich der FRB-Daten im Vergleich zu Erdbeben liegen könnte: Die meisten FRBs sind sehr schwach und liegen nur geringfügig über der Nachweisgrenze.

Unter den vielen Theorien, die den Ursprung von FRBs erklären, sind Magnetare – Neutronensterne mit außergewöhnlich starken Magnetfeldern – sind zu einer führenden Option geworden.

Dies liegt daran, dass die feste Kruste von Neutronensternen, die einen supraflüssigen Kern umgibt, durch Sternbeben plötzlich aufgebaute Spannungen freisetzen kann, die dann zu FRBs führen, genau wie tektonische Platten Erdbeben erzeugen, wenn sie sich um den flüssigen Erdmantel bewegen. Und so „war es ganz natürlich, Repeater-FRBs und Erdbeben zu vergleichen“, sagte Totani Physik-Welt.

Astronomen kündigen die Aufzeichnung der kürzesten jemals entdeckten schnellen Radioausbrüche an

Die Arbeit ergänzt auch frühere Erkenntnisse aus Astronomen in China im Jahr 2018 wer zeigte, dass die Gutenberg-Richter-Erdbebengesetz könnte auf die Energieverteilung von FRBs angewendet werden. Das Gesetz drückt eine Beziehung für die Gesamtzahl der Beben aus, die innerhalb einer bestimmten Zeit und an einem bestimmten Ort mit einer bestimmten Stärke zu erwarten sind.

Obwohl FRBs im Vergleich zu Erdbeben als harmlose Ereignisse erscheinen mögen, sind sie alles andere als harmlos. Der schwächster jemals entdeckter FRB setzte immer noch über eine Milliarde Mal mehr Energie frei als die Stärke 9.5 1960 Valdivia Erdbeben in Chile – das stärkste Erdbeben aller Zeiten.

Es gibt auch FRBs, die noch einmal 10 Millionen Mal stärker sind, wie australische Radioastronomen berichteten am Mittwoch, als sie einen FRB entdeckten, der etwa acht Milliarden Jahre brauchte, um die Erde zu erreichen – der am weitesten entfernte Ausbruch, der jemals entdeckt wurde.

Totani plant nun, mathematische Modelle aus Erdbebenstudien auf FRB-Daten anzuwenden, in der Hoffnung, Hinweise auf die Eigenschaften der Kernmaterie in Neutronensternen zu finden.

Die Forschung ist beschrieben in Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/surprising-link-discovered-between-fast-radio-bursts-and-earthquakes/