Was steckt hinter den Fast Radio Bursts aus dem All?

Seit ihrer ersten Entdeckung im Jahr 2007 faszinieren Fast Radio Bursts (FRBs) Astronomen in aller Welt. Die kosmischen Phänomene tauchen als kurzes Aufblitzen in den Signalen von Radioteleskopen auf. Hinter diesen winzigen Abweichungen stehen allerdings Energieausbrüche von enormem Ausmaß. Innerhalb weniger Millisekunden wird dabei mehr Energie freigesetzt, als die Sonne in Jahrzehnten, teilweise sogar Jahrtausenden abgibt.

Himmels-Scan

In den ersten Jahren seit ihrer Entdeckung wurden FRBs nur sehr selten beobachtet. Die Signale kamen bislang ausschließlich aus weit entfernten Galaxien. Über ihre Ursprünge wurde intensiv spekuliert. Bis vor zwei Jahren gab es mehr Hypothesen über die Entstehung von FRBs als tatsächliche Beobachtungen. 2017 ging das kanadische Radioteleskop CHIME in Betrieb. Es besteht aus 4 jeweils 100 Meter langen und 20 Meter breiten Parabolrinnen, mit denen Tag für Tag ein relativ breiter Streifen des Nachthimmels gescannt wird. Auf diese Weise konnten nun eine Vielzahl von FRBs entdeckt werden.

Auch bei der jüngsten Entdeckung des ersten FRB aus unserer Milchstraßen-Galaxie spielte CHIME eine Rolle, auch wenn das Radioteleskop zu dem Zeitpunkt des Strahlungsausbruchs nicht direkt auf seinen Ursprung gerichtet war. Dennoch war der FRB deutlich erkennbar. Ein sofortiges Nachfragen bei anderen Teleskopen bestätigte das Ereignis - und es unterstreicht eine der vielen Hypothesen über die Ursprünge der Strahlungsausbrüche.

Erklärungsmodelle

Wodurch ein FRB entstehen kann, wurde u.a. mit der Verschmelzung zweier Neutronensterne erklärt, mit der Verdampfung von Schwarzen Löchern oder gar mit außerirdischer Technologie. Aliens könnten FRBs etwa als eine Art Antrieb für riesige Raumschiffe mit Sonnensegeln benutzen, heißt es etwa in einem der zahlreichen wissenschaftlichen Artikel, die zu dem Thema seit 2007 verfasst worden sind. Diese Hypothese gilt allerdings als sehr unwahrscheinlich. Viele der Hypothesen bringen jedenfalls Neutronensterne ins Spiel, so auch eine, die nun als besonders plausibel angesehen wird.

Laut der Hypothese stößt ein Magnetar - also ein Neutronenstern mit extrem starkem Magnetfeld - eine Energiewelle aus Elektronen und Positronen aus. Diese Welle entflieht der Oberfläche des Magnetars und trifft nach einer Weile (in einer Distanz von rund einer Million Radien des Magnetars) auf die Überreste der Supernova, aus welcher der Magnetar überhaupt entstanden ist (Neutronensterne sind die Überreste ehemals großer Sterne). Der Zusammenprall der Energiewelle mit dem Trümmerfeld lässt die Elektronen tanzen, wodurch ein kurzer, intensiver Radiostrahlenausbruch erzeugt wird - also ein FRB.

"Riesiger Fortschritt"

Laut dieser Hypothese müsste allerdings auch eine gewaltige Menge an Röntgenstrahlung freigesetzt werden, und zwar im Ausmaß des 100.000-fachen der Radiostrahlung. Bisher konnte die Hypothese nicht überprüft werden, weil Röntgenstrahlung in jenen Distanzen, in denen FRBs entdeckt wurden, nicht feststellbar ist. Durch den FRB aus der Milchstraße ergab sich nun aber die Chance, die Hypothese zu überprüfen - und siehe da, tatsächlich wurde nun eine riesige Menge an Röntgenstrahlung gemessen.

Brian Metzger von der Columbia University in New York hat jahrelang an der Hypothese gearbeitet. Die Bestätigung seines Gedankenspiels kommt für ihn überraschend. "Das ist eine große Erleichterung, weil es bedeutet, dass ich nicht jahrelang umsonst gearbeitet habe", zitiert das Quanta Magazine den Forscher. Jason Hessels von der Universität von Amsterdam ergänzt: "Normalerweise hackt man lange Zeit auf einem Problem herum und macht nicht plötzlich riesige Fortschritte." In dem Fall des Magnetars SGR 1935+2154 in 32.616 Lichtjahren Entfernung von der Erde sei es anders gewesen. "Das ist immer noch ein Schock. Es gibt einen Riesenunterschied zwischen Berechnungen am Papier und damit konfrontiert zu werden, dass das tatsächlich passiert."

Unterschiedliche Formen

Magnetare gelten nun also als der wahrscheinlichste Ursprung für FRBs, dennoch sind Forscher davon überzeugt, dass FRBs auch andere Ursachen haben können und in ihrer Ausprägung deutliche Unterschiede aufweisen können. Der deutlichste Hinweis darauf ist die Tatsache, das manche FRBs nur einmal erscheinen und dann nie wieder, während andere wiederkehren. Letztere werden Repeater genannt. In dem FRB-Signal 121102 wurde etwa ein Muster entdeckt, bei dem Strahlungsblitze immer 90 Tage lang auftauchen und dann wieder 67 Tage nichts passiert.

Eine Hypothese dazu lautet, dass FRBs von unterschiedlich alten Magnetaren stammen können. Repeater könnten etwa junge Magnetare sein, deren Magnetfelder noch viel stärker als jene von älteren Magnetaren sind. Durch FRBs können Forscher auf der Erde nun Magnetare an weit entfernten Orten im All orten, sie katalogisieren und quasi eine Magnetar-Landkarte erstellen. Dadurch könnten auch Mysterien rund um die Entstehung von Magnetaren gelöst werden. Manche dieser höchst magnetischen Neutronensterne tauchen nämlich an Orten auf, wo man ansonsten keinerlei massive Sterne vermuten würde. An solchen Orten könnten Magnetare unter Umständen nicht durch Supernovae, sondern durch das Verschmelzen zweier Neutronensterne entstanden sein.