Lösen Sie das seltsame Rätsel der schnellen Funkstöße

Diese Arbeit beweist, dass neue Teleskope mit einzigartigen Fähigkeiten wie ATA einen neuen Blickwinkel auf die herausragenden Geheimnisse der FRB-Wissenschaft eröffnen können.

Ein Team von Wissenschaftlern des SETI-Instituts hat neue Einblicke in das kosmische Geheimnis gewonnen, das als Fast Radio Bursts (FRBs) bekannt ist. Die Entdeckung und detaillierte Beobachtung der Wiederholung von FRB 20220912A, durchgeführt am Allen Telescope Array (ATA) des SETI-Instituts, hat Aufschluss über die Natur dieser Weltraumsignale gegeben.

FRBs sind kurze, intensive Funkwellenblitze aus dem Weltraum. Während die meisten nur einmal vorkommen, senden einige „Repeater“ Signale mehr als einmal, was das Verständnis ihres Ursprungs noch weiter trübt. Im Laufe von 541 Beobachtungsstunden entdeckten die Forscher 35 schnelle Funkstöße vom Repeater FRB 20220912A. Mit ATA durchgeführte Beobachtungen deckten einen weiten Bereich von Radiofrequenzen ab und zeigten faszinierende Muster. Alle 35 FRBs befinden sich am unteren Ende des Frequenzspektrums und verfügen jeweils über eine einzigartige Energiesignatur.

Dynamische Spektren (oder „Kaskaden“-Muster) aller Ausbrüche von FRB 20220912A wurden mithilfe des Allen-Teleskop-Arrays, frequenzgemittelter Pulsprofile und zeitgemittelter Spektren erfasst.
Rot schattierte Bereiche in den Zeitreihendiagrammen zeigen den Zeitraum bestimmter Unterausbrüche an, wobei rote vertikale Linien die Grenzen benachbarter Unterausbrüche markieren. Bildnachweis: SETI-Institut

Erkenntnisse aus Beobachtungen des SETI-Instituts

„Diese Arbeit ist aufregend, weil sie bekannte FRB-Eigenschaften bestätigt und einige neue entdeckt“, sagte Dr. Sofia Shaikh vom SETI-Institut, NSF MPS-Ascend-Postdoktorandin und Hauptautorin. „Wir grenzen die Quelle schneller Radioausbrüche beispielsweise auf extreme Objekte wie Magnetare ein, aber kein vorhandenes Modell kann alle bisher beobachteten Eigenschaften erklären. Es war großartig, Teil der ersten FRB-Studie zu sein, die mit ATA durchgeführt wurde – Diese Arbeit beweist, dass neue Teleskope mit einzigartigen Fähigkeiten wie ATA einen neuen Blickwinkel auf die herausragenden Geheimnisse der FRB-Wissenschaft eröffnen können.

Detaillierte Ergebnisse wurden kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society (MNRAS) zeigt interessante Verhaltensweisen von FRBs. Diese mehrdeutigen Signale zeigen eine Verschiebung der Frequenz nach unten, einen Zusammenhang zwischen der Bandbreite und der Mittenfrequenz sowie Änderungen der Burst-Dauer im Laufe der Zeit. Das Team bemerkte auch etwas, was zuvor nicht berichtet worden war: Während der zwei Monate der Beobachtung kam es zu einem merklichen Rückgang der zentralen Frequenz der Explosionen, was ein unerwartetes kosmisches Gleitpfeifen offenbarte.

Zwei Parameter des FRB 20220912A-Datensatzes – Mittenfrequenz und Bandbreite – werden über die Zeit in MJD vom Beginn der Kampagne bis zu ihrem Ende (ein Zeitraum von etwa 60 Tagen) aufgetragen. Panel a) zeigt, dass die zentrale Häufigkeit des FRB im Verlauf der Kampagne abnimmt (wobei die Reste aus der Anpassung und den nichtparametrischen LOWESS-Richtlinien unten in Blau dargestellt sind). Panel b) zeigt die gleiche Abnahme der Bandbreite im Laufe der Zeit. Bildnachweis: SETI-Institut

Darüber hinaus nutzten die Forscher diese Beobachtungen, um den Wendepunkt für den hellsten FRB 20220912A vorherzusagen und damit ihren Beitrag zur gesamten kosmischen Signalrate anzuzeigen. Tatsächlich war dieses spezielle Objekt für einen kleinen Prozentsatz aller starken schnellen Funkausbrüche am Himmel während dieser Beobachtungen verantwortlich.

Die Studie untersuchte auch die zeitlichen Muster von Burst-Sequenzen und suchte nach Wiederholungen innerhalb und zwischen schnellen Radiobursts. Es wurde kein klares Muster gefunden, was die Unvorhersehbarkeit dieser Himmelsphänomene verdeutlicht.

Die Rolle des Allen-Teleskop-Arrays

Diese Arbeit zeigt die wichtige Rolle, die ATA bei der Entschlüsselung der Geheimnisse schneller Funkstöße spielt. ATA verfügt über die einzigartige Fähigkeit, eine große Anzahl von Frequenzkanälen gleichzeitig aufzuzeichnen, selbst wenn diese weit voneinander entfernt sind – beispielsweise wenn einige Frequenzen sehr hoch und andere sehr niedrig sind. Dies ermöglicht Stichproben bei der Ankunft des FRB, um einzuschränken, was der FRB gleichzeitig bei hohen und niedrigen Frequenzen tut. Kontinuierliche Aktualisierungen versprechen mehr Möglichkeiten, schwache, schnelle Funkstöße auf mehr Frequenzen gleichzeitig zu erkennen, und stellen so sicher, dass ATA bei der Entwicklung unseres Verständnisses schneller Funkstöße an der Spitze bleibt.

Allen Telescope Array (ATA) mit Sitz am Hat Creek Radio Astronomy Observatory, Kalifornien, USA. Das ATA wird vom SETI-Institut betrieben, ist als spezielles Tool für die Suche nach technologischen Signaturen konzipiert und hat das Potenzial, eine leistungsstarke Einrichtung zur Untersuchung von Transienten zu sein. Bildnachweis: Joe Marvia

„Es ist aufregend zu sehen, wie sich ATA drei Jahre nach Beginn des Upgrade-Programms an der FRB-Forschung beteiligt“, sagte Dr. Wael Farah, ATA-Projektwissenschaftler am SETI-Institut und Co-Autor. „ATA verfügt über einzigartige Fähigkeiten, die in zahlreichen Forschungsvorhaben einschließlich schneller Übergangsoperationen eingesetzt werden.“

Diese bahnbrechende Entdeckung stellt einen wichtigen Schritt vorwärts in der laufenden Suche dar, die Geheimnisse extremer Objekte im Universum aufzudecken. Während Wissenschaftler das Universum weiter erforschen, bringt uns jedes einzigartige Merkmal, das wir entdecken, dem Verständnis der Ursprünge und Natur dieser überzeugenden kosmischen Signale näher.

Referenz: „Characterization of the recurring FRB 20220912A using the Allen Telescope Array“ von Sophia Z. Sheikh, Wael Farah, Alexander W. Pollack, Andrew B. V., Simeon, Muhammad A. Shamma, Luigi F. Cruz, Roy H. Davis, David R. DeBoer, Vishal Gajjar, Phil Karn, Jamar Keetling, Wenbin Lu, Mark Masters, Pranav Premnath, Sarah Schultz, Carol Shoemaker, Gurmehar Singh und Michael Snodgrass, angenommen, Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.
arXiv:2312.07756