Herkunft seltsamer Signale

Radioblitze vom toten Stern

Von Jan Hattenbach
Aktualisiert am 12.11.2020
 - 16:32
Künstlerische Darstellung eines Magnetars, der intensive Radioblitze aussendet.
Mehr als zehn Jahre rätselten Astronomen über die Herkunft der „schnellen Radioblitze“ – nun scheinen sie der Antwort sehr viel näher gekommen zu sein.

Im Jahr 2007 fanden Radioastronomen den ersten, seither sind gut hundert dazugekommen: rätselhafte, ultrakurze und extrem helle Blitze von Radiostrahlung. Sie erscheinen unvermittelt irgendwo am Himmel, die meisten nur ein einziges Mal. Andere blinken und flackern, vielleicht sogar mit einem regelmäßigen Muster. Sicher war bislang nur, dass sie von sehr weit weg stammen: Sämtliche der „Fast Radio Bursts“, kurz FRB, genannten Erscheinungen ereigneten sich in Millionen Lichtjahre entfernten Galaxien. Das machte es unmöglich, herauszufinden, was die Mega-Radiosignale, von denen manche hundert Millionen Mal mehr Energie aussenden als unsere Sonne, auslöst.

Am 28. April 2020 änderte sich das. Kurz nach 14.30 Uhr Weltzeit empfing das Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (Chime), ein Radioteleskop im Westen Kanadas, mit dem schon mehrere FRBs entdeckt worden waren, zwei kurze Radioblitze aus der Richtung des Sternbild Füchschen. Sie stammten offenbar aus unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße: An der entsprechenden Position befindet sich ein sogenannter Magnetar, eine schnell rotierende Sternleiche. Mit rund 30.000 Lichtjahren liegt sie der Erde geradezu nahe – zumindest im Vergleich zu den bis dato entdeckten Blitzen.

„Das ist das erste Mal, dass wir einen exotischen Radioausbruch einem astrophysikalischen Objekt zuordnen konnten“, sagt Kiyoshi Masui vom Massachusetts Institute of Technology in den Vereinigten Staaten. Gemeinsam mit einem internationalen Team berichtete Masui vergangene Woche über den Fund in der Fachzeitschrift „Nature“.

Das Objekt, nach seinen Himmelskoordinaten SGR 1935+2154 genannt, gehört zur Handvoll bekannter Magnetare unserer Heimatgalaxie. Man kannte ihn bislang als sogenannten „Soft Gamma Repeater“, als ein Objekt also, das beizeiten Gammastrahlung ausstrahlt. Bis zum April 2020 galt er als unauffälliger Vertreter seiner Art, dann aber bemerkte das „Burst Alert Telescope“ an Bord des Gammasatelliten Swift, dass die Aktivität des Objekts plötzlich zunahm. Dazu kam heftige Röntgenstrahlung: Die Astronomen ließen SGR 1935+2154 fortan nicht mehr aus den Augen.

Die beiden Radiopulse vom 28. April dauerten nur wenige Millisekunden und erschienen bei einer Frequenz zwischen 400 und 800 Megahertz. Um sicherzugehen, dass sie tatsächlich den ersten FRB der Milchstraße gefunden hatten, mussten Masui und seine Kollegen aus dem schwachen Antennensignal die ursprünglich freigesetzte Energie herausrechnen. Dies gestaltete sich schwierig: Chime besteht aus vier fußballfeldgroßen Reflektoren, welche die Form einer Skateboard-Halfpipe haben. Da es ohne bewegliche Teile auskommt, kann es nur den Teil des Himmels betrachten, der gerade durch den Meridian wandert. SGR 1935+2154 stand jedoch zum entscheidenden Zeitpunkt in der Peripherie des vom Teleskop abgedeckten Himmelsareals. Erst nach einer aufwendigen Analyse fanden die Forscher, dass die Blitze etwa 3000 Mal so hell waren wie jede andere je von einem Magnetar registrierte Radiostrahlung. Sie waren damit ebenso leuchtstark wie einige extragalaktische FRBs.

Rotierende Sternleiche wird zum kosmischen Leuchtturm

Ein in den Vereinigten Staaten stationiertes Radioteleskop namens Stare2 bestätigte dieses Resultat. Mit dem chinesischen „Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope“ Fast, dem mit 500 Meter Durchmesser größten Radioteleskop der Welt, konnten zwei Tage später zudem weitere Radiowellen schwacher Intensität aufgefangen werden. Dank seiner Größe bestimmte Fast die Himmelsposition der Radioquelle erheblich präziser als Chime und Stare2. So blieb kein Zweifel mehr: SGR 1935+2154 war Ausgangspunkt des Ausbruchs, der gemäß der Namenskonvention für schnelle Radioblitze die Bezeichnung FRB 200428 erhielt.

Astrophysiker hatten Magnetare schon seit längerem im Verdacht, für FRBs verantwortlich zu sein. Der neue Fund löst das Rätsel aber noch nicht ganz: Unter den hundert bisher gesichteten extragalaktischen Blitzen waren einige millionenfach heller als FRB 200428. Die Forscher vermuten, dass Magnetare zu diesen nochmals höheren Energieausstößen nur kurz nach ihrer Entstehung fähig sind und anschließend den dazu nötigen Schwung verlieren. SGR 1935+2154 wäre dementsprechend ein gealterter Magnetar. Doch das ist bislang nur graue Theorie.

Das gilt auch für bisherige Antworten auf die Frage, wie die Sternleichen überhaupt derart starke Radioausbrüche auslösen. Unter Magnetaren stellen Astrophysiker sich Neutronensterne vor, also stabile Endkonfigurationen einst massereicher Sterne. Sie sind unglaublich kompakt; vereinen sie doch eine bis zwei Sonnenmassen auf einen Radius von nur etwa zwanzig Kilometern. Ihr extrem starkes Magnetfeld kann elektrisch geladene Teilchen bis fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen, wodurch an den Magnetpolen energiereiche Strahlung – darunter Radiostrahlung – entlang schmaler Korridore ausgesendet wird. Gleichzeitig wirbelt der winzige Stern in Sekundenbruchteilen um seine Achse und schwenkt die Strahlen durch das All wie die Lichtstrahlen eines Leuchtturms.

Dieses Szenario wurde bereits oft beobachtet, aber nur in Form der Pulsare, der energieärmeren Variante der Magnetare. Weder für die extremen Leuchtkräfte der FRBs noch für die Tatsache, dass diese im Gegensatz zu den periodischen Pulsarsignalen nur sporadisch auftreten, haben die Forscher bislang eine zufriedenstellende Erklärung. In ihrem Aufsatz spekulieren sie, dass die Leuchtturmstrahlen auf Materie in der Umgebung treffen, die von dem Vorläuferstern zurückgelassen wurde. „Was astrophysikalisch in Magnetaren und Pulsaren passiert, ist noch nicht gut verstanden“, sagt Masui. „Deshalb halten wir unsere Augen nach anderen Magnetaren offen. Das Entscheidende wird nun aber sein, dieses Exemplar eingehend zu studieren, um zu erfahren, was es uns über FRBs erzählen kann.“

Quelle: F.A.Z.
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