Mysteriöse schnelle Radiobursts könnten durch Asteroiden verursacht werden, die in tote Sterne stürzen

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ein großes Weltraumgestein kracht in einen blau gefleckten Stern und löst eine gewaltige Explosion aus (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))

Wissenschaftler haben entdeckt, dass mysteriöse Energieausbrüche, so genannte Fast Radio Bursts (FRBs), entstehen können, wenn Asteroiden auf extrem dichte, tote Sterne, so genannte Neutronensterne, prallen. Eine solche Kollision setzt genug Energie frei, um den Energiebedarf der Menschheit für 100 Millionen Jahre zu decken!FRBs sind flüchtige Pulse von Radiowellen, die von einem Bruchteil einer Millisekunde bis zu einigen Sekunden dauern können. In dieser Zeit kann ein FRB die gleiche Energiemenge freisetzen, für die die Sonne mehrere Tage bräuchte, um sie auszustrahlen.

Der erste FRB wurde 2007 beobachtet, und seitdem haben diese Energieausbrüche ihre geheimnisvolle Aura behalten, da sie bis 2017 nur selten entdeckt wurden. In diesem Jahr ging das Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) online und begann mit der häufigen Entdeckung von FRB.

„FRBs lassen sich bisher nicht erklären, es gibt über 50 potenzielle Hypothesen, woher sie kommen – wir haben sie gezählt“, sagte der Teamleiter und Wissenschaftler der University of Toronto, Dang Pham, gegenüber kosmischeweiten.de.

Die mögliche Verbindung zwischen FRBs und Asteroiden sowie Kometen, die in Neutronensterne einschlagen, wurde bereits früher vorgeschlagen. Diese neue Forschungsarbeit von Pham und Kollegen untermauert diese Verbindung weiter.

„Es ist seit vielen Jahren bekannt, dass Asteroiden und Kometen, die auf Neutronensterne treffen, FRB-ähnliche Signale verursachen können, aber bis jetzt war unklar, ob dies oft genug im Universum passiert, um die Häufigkeit zu erklären, mit der wir FRBs beobachten“, sagte Pham. „Wir haben gezeigt, dass interstellare Objekte (ISOs), eine wenig untersuchte Klasse von Asteroiden und Kometen, von denen man annimmt, dass sie zwischen Sternen in Galaxien im gesamten Universum vorkommen, zahlreich genug sein könnten, dass ihre Einschläge mit Neutronensternen FRBs erklären könnten! „Pham fügte hinzu, dass die Forschung des Teams auch gezeigt hat, dass andere erwartete Eigenschaften dieser Einschläge mit den Beobachtungen von FRBs übereinstimmen, wie z. B. ihre Dauer, ihre Energie und die Rate, mit der sie über die gesamte Lebensdauer des Universums auftreten.

Extreme Sterne bedeuten extreme Explosionen

Neutronensterne entstehen, wenn massereiche Sterne sterben und ihre Kerne kollabieren, wobei dichte Körper mit der Masse der Sonne entstehen, nur zusammengepfercht auf einer Fläche, die nicht größer ist als die durchschnittliche Stadt auf der Erde.

Das Ergebnis ist ein stellares Überbleibsel mit extremen Eigenschaften, wie der dichtesten Materie im bekannten Universum (ein Teelöffel würde 10 Millionen Tonnen wiegen, wenn er auf die Erde gebracht würde) und Magnetfeldern, die die stärksten im Universum sind, Billionen Mal stärker als die Magnetosphäre der Erde. „Neutronensterne sind extreme Orte, an denen mehr als die Masse der Sonne auf eine Kugel von etwa 20 km Durchmesser gepresst ist, was ihnen einige der stärksten Gravitations- und Magnetfelder im Universum verleiht“, erklärt Matthew Hopkins, Mitglied des Teams und Astrophysiker an der Oxford University, gegenüber kosmischeweiten.de. „Das bedeutet, dass eine enorme Menge an potenzieller Energie freigesetzt wird, wenn ein Asteroid oder Komet auf einen solchen Stern fällt, und zwar in Form eines Blitzes von Radiowellen, der hell genug ist, um im ganzen Universum gesehen zu werden.“

Also, von wie viel Energie sprechen wir hier? Um dies zu untersuchen, tauschen wir einen Asteroiden gegen einen etwas süßeren aus.


Wenn dieser gewöhnliche Marshmellow den Neutronenstern in der Ferne erreicht, wird er mit der gleichen Energie einschlagen, die bei der Zündung tausender Atombomben freigesetzt wird. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))Laut dem Goddard Flight Center der NASA ist der Gravitationseinfluss des toten Sterns so groß, dass ein normal großer Marshmallow, der auf die Oberfläche eines Neutronensterns fällt, auf eine Geschwindigkeit von Millionen von Kilometern pro Stunde beschleunigt wird. Das heißt, wenn der Marshmallow auf den Neutronenstern trifft, wird bei der Kollision die Energie freigesetzt, die der gleichzeitigen Explosion von tausend Wasserstoffbomben entspricht… Wie viel Energie der Zusammenstoß von Asteroid und Neutronenstern genau freisetzt, hängt von mehreren Faktoren ab.

„Die freigesetzte Energie hängt von der Größe des Asteroiden und der Stärke des Magnetfelds des Neutronensterns ab, die beide stark variieren können, und zwar um mehrere Größenordnungen“, so Hopkins weiter. „Für einen Asteroiden mit einem Durchmesser von 1 km und einen Neutronenstern mit einer Magnetfeldstärke an der Oberfläche, die mehr als das Billionenfache der Erdmagnetfeldstärke beträgt, errechnen wir eine freigesetzte Energie von etwa 10^29 Joule (das ist die Zahl 10, gefolgt von 28 Nullen). „Das ist eine riesige Zahl, etwa das Hundertmillionenfache der Energie, die die gesamte Menschheit in einem Jahr verbraucht!“

Es ist klar, dass Asteroiden, die auf Neutronensterne prallen, genug Energie freisetzen können, um FRBs zu erklären, aber sind diese Kollisionen häufig genug, um FRB-Beobachtungen zu erklären?

Könnte eine Asteroiden-„Combo“ Neutronensterne angreifen, um wiederholte FRBs zu erzeugen?

Astronomen haben überall am Himmel FRBs entdeckt, und einige Wissenschaftler schätzen, dass jeden Tag 10.000 FRBs an zufälligen Punkten am Himmel über der Erde auftreten könnten. Wenn dieses Team Recht hat, sind das eine Menge Kollisionen zwischen Neutronensternen und Asteroiden.

Interstellare Gesteinsbrocken sind in der Milchstraße sicherlich reichlich genug vorhanden, um diese Rate zu erreichen; allein in unserer Galaxie gibt es etwa 10^27 (10 gefolgt von 26 Nullen). Aber wie oft treffen diese auf einen Neutronenstern?

„Die Kollision zwischen einem Neutronenstern und einem interstellaren Objekt ist selten. Wir schätzen, dass es in der Milchstraße etwa eine Kollision alle 10 Millionen Jahre gibt“, sagt Pham. „Es gibt jedoch viele Neutronensterne in der Galaxie, und es gibt viele Galaxien! Zusammengenommen stellen wir fest, dass die Kollisionsrate zwischen Neutronensternen und interstellaren Objekten im Universum mit den derzeit beobachteten FRB-Raten vergleichbar ist.“

Außerdem wies der Forscher darauf hin, dass die Anzahl der Neutronensterne und interstellaren Objekte im Laufe der Lebensdauer des Universums zunimmt. Das bedeutet, dass die Rate der Kollisionen von Neutronensternen und interstellaren Objekten im Laufe der kosmischen Zeit ebenfalls zunehmen sollte. „Wenn dieses Modell stimmt, sollten wir beobachten, dass die FRB-Raten mit dem Alter des Universums zunehmen“, so Pham. „Dies bleibt eine offene Forschungsfrage, die von weiteren Beobachtungen profitieren könnte!“

Robert Lea

Robert Lea ist ein britischer Wissenschaftsjournalist, dessen Artikel in Physics World, New Scientist, Astronomy Magazine, All About Space, Newsweek und ZME Science veröffentlicht wurden. Er schreibt auch über Wissenschaftskommunikation für Elsevier und das European Journal of Physics. Rob hat einen Bachelor of Science in Physik und Astronomie von der Open University in Großbritannien. Folgen Sie ihm auf Twitter @sciencef1rst.

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