Radioausbruch durchleuchtet Halo einer Galaxie

Indem sie ein kosmisches Rätsel benutzten, um ein anderes zu erforschen, analysierten Astronomen das Signal eines schnellen Radio­ausbruchs, um Aufschluss über das diffuse Gas im Halo einer masse­reichen Galaxie zu erhalten. Im November 2018 lokali­sierte das Australian Square Kilometre Array Path­finder ASKAP einen schnellen Radioburst. Nach­folgende Beobach­tungen mit dem Very Large Telescope VLT der ESO und anderen Teleskopen ergaben, dass die Radiopulse auf dem Weg zur Erde durch den Halo einer großen Galaxie gegangen sind. Dieser Befund ermöglichte es Astronomen, das Radiosignal nach Hinweisen auf die Art des Halogases zu analysieren.

„Das Signal des schnellen Radio­ausbruchs deckte die Beschaffen­heit des Magnet­felds um die Galaxie und die Struktur des Halogases auf. Die Studie erweist sich als eine neue und zukunfts­weisende Technik zur Erforschung der Eigen­schaften von Galaxien­halos“, sagt Xavier Prochaska von der University of California in Santa Cruz, einer der beteiligten Forscher.  

Ein galaktischer Halo enthält sowohl dunkle als auch baryonische Materie, die haupt­säch­lich in Form von heißem ioni­siertem Gas vorliegt. Während der leuchtende Teil einer masse­reichen Galaxie etwa 30.000 Licht­jahre umfassen kann, ist ihr etwa kugel­förmiger Halo im Durch­messer zehnmal größer. Halogas treibt die Stern­ent­stehung an, wenn sie in Richtung Zentrum der Galaxie fällt, während andere Prozesse, wie Supernova-Explosionen, Material aus den stern­bildenden Regionen in den galaktischen Halo ausstoßen können. Ein Grund, warum Astronomen das Halogas unter­suchen wollen, ist das bessere Verständnis dieser Auswurf­prozesse, die die Stern­bildung unter­binden können.

„Der Halo dieser Galaxie ist über­raschend ruhig“, sagt Prochaska. „Das Radio­signal wurde von der Galaxie weit­gehend unbe­ein­flusst, was im krassen Gegen­satz zu dem steht, was frühere Modelle im Falle des Ausbruchs vorher­gesagt hatten.“

Das Signal des Ausbruchs bestand aus einigen wenigen Impulsen, die jeweils weniger als vierzig Mikro­sekunden dauerten. Die kurze Dauer der Impulse setzt der Dichte des Halogases eine Ober­grenze, da der Durch­gang durch ein dichteres Medium die Dauer des Radio­signals verlängern würde. Die Forscher berechneten, dass die Dichte des Halogases weniger als 0,1 Atome pro Kubik­zenti­meter betragen muss. Die Studie fand außerdem keine Hinweise auf kalte turbulente Wolken oder kleine dichte Klumpen von kühlem Halogas. Das schnelle Radio­burst­signal lieferte auch Informa­tionen über das Magnet­feld im Halo, das sehr schwach ist – eine Milliarde Mal schwächer als das eines Kühl­schrank­magneten.

Mit Ergebnissen von nur einem galaktischen Halo können die Forscher nicht sagen, ob die von ihnen gemessene niedrige Dichte und geringe Magnet­feld­stärke ungewöhn­lich sind oder ob frühere Studien über galaktische Halos diese Eigen­schaften über­schätzt haben. Prochaska sagte, dass er erwartet, dass ASKAP und andere Radio­teleskope schnelle Radio­ausbrüche verwenden werden, um viele weitere galaktische Halos zu unter­suchen und ihre Eigen­schaften zu ergründen.

„Diese Galaxie könnte etwas Besonderes sein“, gibt er zu bedenken. „Wir müssen schnelle Radio­pulse verwenden, um Dutzende oder Hunderte von Galaxien über eine Reihe von Massen und Alters­gruppen zu unter­suchen, um die gesamte Population zu beurteilen.“ Optische Teleskope wie das VLT der ESO spielen eine wichtige Rolle, indem sie zeigen, wie weit die Galaxie, in der jeder Burst stattfand, entfernt ist und ob der Burst durch den Halo einer Galaxie im Vordergrund gegangen wäre.

ESO /MPIA / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  J. X. Prochaska et al.: The low density and magnetization of a massive galaxy halo exposed by a fast radio burst, Science, online 26. September 2019; DOI: 10.1126/science.aay0073
• Astronomy & Astrophysics Department, University of California Santa Cruz, USA
• Australian Square Kilometre Array Pathfinder, Australien