Rätselhafte Signale

Radioblitze in flagranti ertappt

Von Jan Hattenbach
11.01.2017
, 15:00
Seit zehn Jahren sehen Radioteleskope mysteriöse Blitze im All. Jetzt stellt sich heraus: Zumindest einer stammt aus einer fernen Galaxie und ist extrem energiereich. Von Jan Hattenbach

Sähen unsere Augen Radiolicht, wäre am Himmel einiges los: Mehrmals pro Minute blitzte es für Sekundenbruchteile irgendwo am Firmament auf. Den ersten dieser „Fast Radio Bursts“ (FRB) entdeckten Astronomen dennoch erst im Jahr 2007 in Archivdaten des 300-Meter-Teleskops bei Arecibo auf Puerto Rico. Denn der Blick eines Radioteleskops ist stets auf einen kleinen Himmelsausschnitt beschränkt und die Wahrscheinlichkeit daher gering, einen der Blitze zufällig im Sichtfeld zu haben. Auch ist die Sehschärfe eines Radioteleskops weit geringer als die optischer Teleskope. Selbst wenn es also gelingt, einen Radioblitz zu detektieren, ist dessen Ursprungsort nur sehr grob eingegrenzt. Lange Zeit war es daher unmöglich, festzustellen, woher die Blitze genau stammen. Bevor die Himmelsrichtung präziser hätte bestimmt werden können, war der Blitz schon wieder vorbei. Doch die genaue Lokalisierung des Phänomens ist von großer Bedeutung: Je weiter weg, desto energiereicher muss ein Blitz sein, um auf der Erde registriert zu werden.

Bei ihrer Suche stellten die Astronomen fest, dass es durchaus verschiedene Gründe für die kurzen Radiosignale gibt. Einige entstehen in der Erdatmosphäre, andere sogar, wenn in der Observatoriumsküche die Mikrowelle eingeschaltet wird. Für einige Zeit war zweifelhaft, ob die FRB überhaupt ein astronomisches Phänomen sind. Dann gelang es, die Reisestrecke einiger Blitze indirekt abzuschätzen: Das kurzwelligere Radiolicht der Signale erreicht die Erde etwas früher als das langwellige - typisch für Strahlung, die einen sehr langen Weg hinter sich hat. Eine andere Erklärung für dieses Verhalten wäre allerdings, dass die Blitze in der Umgebung dichter Gasnebel entstehen. Ohne eine direkte Identifizierung einer zugehörigen Quelle im optischen Licht blieb offen, ob die Signale aus unserer eigenen Milchstraße stammen oder aus fernen Galaxien. Im letzteren Fall wären sie Boten der energiereichsten kosmischen Phänomene, die man je beobachtet hat.

Rätselhafte Signale
Radioblitze in flagranti ertappt
© Gemini Observatory/AURA/NRC/NSF/NRAO, Gemini Observatory/AURA/NRC/NSF/NRAO

Nun ist einer Forschergruppe um Shamibrata Chatterjee von der Cornell University in New York ein entscheidender Fortschritt in dieser Frage gelungen, wie die Zeitschrift „Nature“ berichtet. Sie nutzten die Tatsache, dass ein Exemplar, genannt FRB 121102, sogar mehrfach aufleuchtet. Das Objekt war Ende 2015 ebenfalls in Archivdaten von einer Forschergruppe um Laura Spitler vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn entdeckt worden. Zwischen den einzelnen Ausbrüchen liegen Monate, dann aber flackert FRB 121102 mehrere Male pro Stunde auf. Das erlaubte es Chatterjee und seinen Kollegen, gleich mehrere Radioteleskope gleichzeitig auf die Quelle auszurichten. Sie verwendeten das Very Large Array in New Mexico, dessen Antennen sich über Schienen mehrere Kilometer auseinanderfahren und als Interferometer zusammenschalten lassen, so dass ein Teleskop mit hoher Sehschärfe simuliert wird. Die Wissenschaftler konnten so die Position des Ausbruchs rund 200-fach genauer lokalisieren als mit einem Einzelteleskop.

Eine Antwort, neue Fragen

Doch selbst damit kamen noch mehrere Quellen in Frage. Sie benötigten das Auflösungsvermögen des europäischen Netzwerks von Radioantennen, dessen größte die 100-Meter-Antenne in Effelsberg bei Bonn ist. Diese verteilen sich über den gesamten europäischen Kontinent, auch das Arecibo-Teleskop in der Karibik wurde in die Beobachtungen einbezogen. Mit diesem Verbund ließ sich die Position von FRB 121102 auf zehn Tausendstel Bogensekunden genau bestimmen. Das entspricht dem Winkel, unter dem ein Tennisball auf der anderen Seite des Atlantiks erscheint. An der Position des Radioblitzes identifizierten die Forscher eine Galaxie, die mindestens zwei Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Zu ihrer Überraschung fanden sie dort auch eine schwache, permanente Radioquelle, die selbst dann leuchtet, wenn FRB 121102 schweigt.

Die große Entfernung bedeutet, dass bei der Entstehung von FRB 121102 gewaltige Energien am Werk sind. Eine mögliche Erklärung wäre ein massereiches schwarzes Loch: Fällt Materie hinein, sendet diese kurz vor ihrem endgültigen Verschwinden große Mengen energiereicher Strahlung aus. Die permanente Radioquelle passt zu diesem Modell, ebenso die wiederholten Ausbrüche. Astronomen glauben jedoch, dass entsprechend massereiche schwarze Löcher nur in großen, hellen Galaxien wie unserer Milchstraße vorkommen. Die identifizierte Heimatgalaxie von FRB 121102 besitzt ein Zehntel der Größe und rund ein Tausendstel der Masse. Zudem zeigen optische Beobachtungen keine Hinweise auf ein aktives schwarzes Loch. Da die Ausbrüche nicht regelmäßig auftreten, steht auch die zweite diskutierte Erklärungsmöglichkeit auf wackligen Füßen: Ein besonders energiereicher Magnetar, also ein extrem dichter Neutronenstern mit starkem Magnetfeld, könnte zwar ebenfalls mehrere Radioblitze entsprechender Stärke erzeugen. Magnetare rotieren aber mit einer bestimmten Dauer und senden regelmäßigere Pulse ins All.

Nun müssen die Forscher feststellen, ob und auf welche Weise die hellen Ausbrüche, die permanente schwache Radioquelle und die optische Galaxie zusammenwirken. Ist das geschafft, dürften sich Rückschlüsse auf die zugrundeliegenden physikalischen Prozesse ziehen lassen. Bleibt die Frage, ob FRB 121102 ein repräsentatives Beispiel für die Klasse der FRB ist. Alle übrigen Blitze leuchteten stets nur ein einziges Mal auf. Ein großes Problem ist zudem die geringe Zahl der bekannten FRB: Bis heute haben Astronomen erst 20 entdeckt - ihre mutmaßlich hohe Rate am Himmel errechnet sich aus dieser Zahl und der geringen Himmelsabdeckung der Teleskope. Zukünftige Antennennetzwerke, die einen größeren Bereich des Himmels überwachen können, könnten dieses Defizit beheben. Vieles an den Radioblitzen erinnert überdies an das Phänomen der Gammastrahlenausbrüche („Gamma Ray Bursts“), die seit den sechziger Jahren beobachtet werden. Auch diese Signale stammen aus dem fernen All und sind extrem energiereich. Wie die Gammablitze könnten auch die Radioblitze verschiedene Ursachen haben. So ähnlich beide Phänomene zu sein scheinen - bislang gibt es keinen Hinweis auf einen Zusammenhang. Die FRBs bleiben trotz der jüngsten Erkenntnisse eines der größten Rätsel der Astronomie.

Quelle: F.A.Z.
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