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Eine Illustration zeigt einen Neutronenstern, der einen Strahl von Radiowellen aus seiner hochmagnetischen Umgebung aussendet (Bildnachweis: Daniel Lievano)

Das Feuerwerk wird in Ihrer Nachbarschaft wahrscheinlich abklingen, während sich die Silvesterfeierlichkeiten dem Ende zuneigen. Für Neutronensterne, die sich so schnell drehen, dass sie etwa zweimal pro Sekunde ein irdisches Neujahrsfest feiern können, könnte das kosmische Feuerwerk jedoch niemals enden.

Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass das himmlische Feuerwerk, das in hochmagnetischen Umgebungen in der Nähe einiger Neutronensterne entsteht, für die schnellen und mysteriösen Energieausbrüche, die so genannten Fast Radio Bursts (FRBs), verantwortlich sein könnte.

Obwohl diese Verbindung schon oft hergestellt wurde, sind diese Ergebnisse, die am Mittwoch (1. Januar) in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurden, neuartig, da sie zeigen, dass FRBs scheinbar aus der Nähe dieser extrem toten Sterne entstehen. Diese Entfernung entspricht gerade einmal dem Doppelten der Entfernung zwischen New York und Los Angeles.

„In diesen Umgebungen von Neutronensternen sind die Magnetfelder wirklich an der Grenze dessen, was das Universum hervorbringen kann“, sagte Teamleiter und Massachusetts Institute of Technology (MIT) Forscher Kenzie Nimmo, ein Postdoc am Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, in einer Erklärung.

Schnelle Radiobursts und Neutronensterne

So beeindruckend die Lichtshows auch sein mögen, die von irdischen Feuerwerken erzeugt werden, FRBs stellen sie in den Schatten.

Mit einer Dauer von nur einer Tausendstelsekunde kann ein FRB die gleiche Energie ausstrahlen, für die die Sonne drei Tage bräuchte. Diese unglaubliche Energie kann ganze Galaxien in den Schatten stellen, und man könnte meinen, dass FRBs selten sind, aber das ist nicht der Fall. Seit Astronomen im Jahr 2007 den ersten FRB entdeckten, wurden Tausende davon entdeckt. Einige brechen in einer Entfernung von bis zu 8 Milliarden Lichtjahren aus, und einige sind so nah, dass sie innerhalb der Milchstraße auftreten.

Obwohl sie hell und häufig auftreten, ist die Ursache von FRBs bis heute ein Rätsel geblieben. Ihre Stärke hat sie jedoch mit den extremsten Umgebungen des Universums in Verbindung gebracht: den Regionen um Neutronensterne. „Es wurde viel darüber diskutiert, ob diese helle Radioemission überhaupt aus diesem extremen Plasma entweichen kann“, sagte Nimmo.

Eine Illustration eines Neutronensterns, der im Herzen der Supernova-Trümmer sitzt und einen FRB ausstößt. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))

Neutronensterne sind stellare Überreste, die entstehen, wenn massereiche Sterne sterben und ihre Kerne mit einer Masse, die etwa ein- oder zweimal so groß ist wie die der Sonne, auf eine Breite von etwa 20 Kilometern zusammengedrückt werden. In der Umgebung dieser hochmagnetischen Neutronensterne, die auch als Magnetare bezeichnet werden, können Atome nicht existieren – sie würden von den Magnetfeldern einfach zerrissen werden“, sagte Teammitglied und MIT-Forscher Kiyoshi Masui in der Erklärung. Die eine besagt, dass sie in der Nähe dieser toten Sterne unter den turbulenten Bedingungen entstehen, die die extreme Schwerkraft der Objekte erzeugt. Die andere Theorie besagt, dass FRBs durch Schockwellen erzeugt werden, die sich von Neutronensternen ausbreiten und somit weiter entfernt von diesen dichten Sternüberresten entstehen.Um sich zwischen diesen Ursprüngen zu entscheiden, wandte sich das Team einem FRB namens FRB 20221022A zu, einem Radiosignal mit einigen einzigartigen Eigenschaften. Und die Wissenschaftler waren sich sicher, dass sie eine schillernde neue Analysemethode anwenden würden.

Zwinkern, zwinkern FRB

FRB 20221022A wurde erstmals im Jahr 2022 mit dem kanadischen Radioteleskop CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) entdeckt. Es wurde festgestellt, dass er von einem Neutronenstern in einer Galaxie in etwa 200 Millionen Lichtjahren Entfernung stammt.

In vielerlei Hinsicht ist FRB 20221022A ein typischer FRB, aber eine Sache, die in den CHIME-Daten auffiel, war die Tatsache, dass das Licht dieses Signals polarisiert war. Dies deutet darauf hin, dass es in der Nähe eines Neutronensterns entstanden ist.

Um festzustellen, ob dies der Fall ist, nutzte das Team die „Szintillation“ dieses FRB, um ihn eingehend zu analysieren und seinen Ursprungsort genauer zu bestimmen. Wenn Ihnen der Begriff Szintillation bekannt vorkommt, liegt das daran, dass es sich dabei um den physikalischen Prozess handelt, der Sterne zum „Funkeln“ bringt, wenn das von ihnen ausgesandte Licht auf Partikel in der Erdatmosphäre trifft.

Das Team kam zu dem Schluss, dass die Szintillation dieses FRB helfen könnte, die Größe der Region zu bestimmen, aus der er hervorgegangen ist.

Mehr Szintillation bedeutet einen Ursprung in der turbulenten magnetischen Umgebung um den Neutronenstern; keine beobachtete Szintillation würde einen Ursprung weiter entfernt vom Neutronenstern bedeuten, was die Schockwellen-Theorie begünstigt.