Schneller Radioausbruch enthüllt, dass die Masse der Milchstraße geringer ist, als erwartet.

Durch die Untersuchung der Signatur eines schnellen Radioausbruchs aus einer Nachbargalaxie haben Astronomen herausgefunden, dass die Milchstraße viel weniger Materie enthält als erwartet.

Schnelle Radiofrequenzausbrüche (Fast Radio Bursts, FRBs) sind Bursts von Radiowellen aus dem fernen Weltraum, die nur wenige Millisekunden dauern. Einige Bursts sind einmalig, während andere zufällig oder periodisch wiederkehren. Die genaue Ursache dieser Ereignisse ist nach wie vor unbekannt, aber jeder aufgezeichnete Ausbruch bringt uns einer Antwort näher. Der erste FRB wurde 2007 entdeckt, und mittlerweile werden jedes Jahr Hunderte von FRBs beobachtet.

In ihrer neuen Studie untersuchten Vikram Ravi, Assistenzprofessor für Astronomie am Caltech, und seine Kollegen FRB 20220319D, einen schnellen Radioausbruch, der erstmals im März 2022 vom Deep Synoptic Array (DSA) in der Hochwüste am Owens Valley Radio Observatory östlich der kalifornischen Berge der Sierra Nevada nachgewiesen wurde.

© Caltech, Owens Valley Radio Observatory
Das Deep Synoptic Array (DSA) am Owens Valley Radio Observatory (OVRO) von Caltech.

Eine der Herausforderungen bei der Untersuchung von FRBs ist die Identifizierung ihres Ursprungsortes, da dies den Astronomen dabei hilft, herauszufinden, was sie auslösen könnte, und es ermöglicht, sie zur Untersuchung der Verteilung baryonischer Materie im Universum zu verwenden. Von den Hunderten bislang entdeckten FRBs konnten nur 21 in bekannten Galaxien lokalisiert werden. Das DSA, das im Februar 2022 in Betrieb genommen wird, hat bereits 30 neue FRBs entdeckt und lokalisiert.

Die Milchstraße weniger massereich als erwartet

FRB 20220319D stammt aus IRAS 02044+7048, einer Galaxie, die etwa 163 Millionen Lichtjahre von uns entfernt ist. Da das Team die Entfernung und die Ursprungsrichtung des Radioausbruchs kannte, konnte es messen, wie stark sich das Signal zerstreut hatte, bevor es das Observatorium erreichte, und so die Menge an Materie bestimmen, die die Radiosignale auf ihrer Reise durchquert hatten. Das ist in etwa so, als würde man eine Taschenlampe im Nebel anzünden, um die Dicke des Nebels zu bestimmen: Je mehr Materie, desto mehr wird das Licht gestreut.

Dabei konnten die Wissenschaftler berechnen, dass die Masse des zirkum-galaktischen Mediums der Milchstraße, also des Halos aus Staub und Gas, der unsere Galaxie umgibt, weniger als 100 Milliarden Sonnenmassen beträgt und damit viel geringer ist als erwartet. Wenn sie diese Masse mit der gesamten gewöhnlichen Materie im Rest der Galaxie kombinieren, schätzen sie, dass die Gesamtmasse der Milchstraße weniger als 60% der durchschnittlichen Masse aller Galaxien beträgt.

Vikram Ravi, der das DSA-Wissenschaftsteam leitet und die Ergebnisse am 9. Januar auf der 241. Tagung der American Astronomical Society vorstellte, erklärt: „Diese Ergebnisse stützen stark die Szenarien, die von Simulationen der Galaxienentstehung vorhergesagt wurden, bei denen Rückkopplungsprozesse Materie aus den Halos der Galaxien ausstoßen. Dies ist grundlegend für die Entstehung von Galaxien, bei der Materie in Zyklen in die Galaxien hinein und aus ihnen heraus befördert wird“. Die Materie würde durch verschiedene Prozesse wie Sternwinde, Supernovae und supermassive Schwarze Löcher, die Materie akkumulieren, aus den Galaxien herausgeschleudert.

© Caltech – Vikram Ravi leitet das Wissenschaftsteam des Deep Synoptic Array (DSA).

Die Ursache der FRBs wird immer rätselhafter

Neben der Tatsache, dass in der Milchstraße weniger Materie als erwartet gefunden wurde, führten weitere Ergebnisse der DSA zu neuen Fragen über den Hauptkandidaten für die Ursache der schnellen Radiofrequenzausbrüche. Frühere Entdeckungen haben darauf hingewiesen, dass Magnetare die Quelle von FRBs sein könnten. So haben beispielsweise im Jahr 2020 mehrere Teleskope, darunter das Caltech-Teleskop STARE2 (Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2), einen Magnetar auf frischer Tat ertappt, als er in unserer eigenen Galaxie einen intensiven FRB auslöste. Neue DSA-Beobachtungen zeigen jedoch, dass die FRBs von einer vielfältigen Auswahl an Galaxien stammen, darunter auch ältere Galaxien in reichen Galaxienhaufen. Diese Ergebnisse legen nahe, dass FRBs, wenn sie von Magnetaren ausgesendet werden, auf einer Vielzahl potenziell unbekannter Wege entstehen. Vikram Ravi erklärt: „Magnetare wie die in der Milchstraße entstehen in Episoden intensiver Sternentstehung“. „FRBs aus Galaxien zu finden, von denen die meisten aufgehört haben, Sterne zu bilden, war daher überraschend“.

Derzeit sind nur 63 DSA-Parabolspiegel in Betrieb, aber insgesamt sind 110 geplant, was verspricht, dass wir noch mehr über diese Ausbrüche erfahren werden. Auf längere Sicht ist ein noch größeres Netzwerk geplant: DSA-2000, ein Netzwerk aus 2000 Radioschüsseln, das dann das leistungsstärkste Radioteleskop wäre, das je gebaut wurde. Es soll eine Milliarde neuer Radioquellen aufspüren – 100-mal mehr als wir heute kennen -, darunter 40.000 neue FRBs.

Redaktion: Futura, verfasst von Adrien Coffinet

Titelbild: ©ESA, Gaia, DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO-Zwerggalaxien in der Umgebung der Milchstraße.

2.Abbildung: © Caltech, Owens Valley Radio Observatory

3.Abbildung:© Caltech