Der fernste Fast Radio Burst ist älter als die Erde und verdoppelt den Rekord

Ein Fast Radio Burst, ein Blitz von Radiowellen, der nur einige Tausendstelsekunden dauert, verließ seine Quelle, als das Universum etwa drei Milliarden Jahre alt war, und erreichte mehr als zehn Milliarden Jahre später ein Teleskop in Südafrika. Es ist der am weitesten entfernte Fast Radio Burst, der je einer Heimatgalaxie zugeordnet werden konnte – mehr als doppelt so weit wie der bisherige Rekordhalter. Der Blitz startete mehr als fünf Milliarden Jahre bevor die Erde entstand.

Die Überraschung kam, als das James-Webb-Weltraumteleskop herausfand, woher er stammte. Astronomen hatten eine große, ausgereifte Galaxie erwartet. Stattdessen ist die Quelle eine schwache Zwerggalaxie, die etwa 1.000 Mal weniger massereich ist als das Team erwartet hatte, und die offenbar den Großteil ihrer Sterne in einem kurzen, heftigen Ausbruch gebildet hat. Diese kleine, junge Heimat ist nun einer der stärksten Hinweise darauf, was diese Blitze erzeugt.

Tausende von Fast Radio Bursts wurden entdeckt, aber nur etwa hundert konnten einer bestimmten Galaxie zugeordnet werden, und fast alle davon liegen relativ nahe bei uns. Der neue Burst, katalogisiert als FRB 20240304B, schiebt diese Karte in die geschäftigste Ära der Sternentstehung in der kosmischen Geschichte.

»Was Fast Radio Bursts interessant macht, ist, dass wir nicht wissen, was sie erzeugt«, sagte Manisha Caleb von der University of Sydney, die die Studie leitete. »Wir haben Theorien darüber, welche Objekte sie hervorbringen, aber wir haben keinen endgültigen Beweis.«

Wie eine Radioschüssel und Webb eine Galaxie fanden, die niemand sehen konnte

Der Burst wurde von MeerKAT eingefangen, einem Array aus 64 Radioschüsseln in der südafrikanischen Karoo. Ein Suchsystem namens MeerTRAP, geleitet von Ben Stappers von der University of Manchester, durchsucht die Daten in Echtzeit nach einzelnen hellen Pulsen. Dieser stach mehr als 100 Mal über dem Hintergrundrauschen hervor, und das Array fixierte seine Position auf einen Bruchteil einer Bogensekunde im Sternbild Löwe.

Der erste Hinweis auf seine Entfernung kam vom Signal selbst. Radiowellen, die das dünne Gas zwischen den Galaxien durchqueren, werden leicht verlangsamt, und niedrigere Frequenzen werden stärker verlangsamt, sodass ein Burst als ein Abfall von hoher zu tiefer Tonhöhe ankommt. Astronomen nennen die Größe dieser Verzögerung das Dispersionsmaß. Für diesen Burst betrug es etwa 2.458 Einheiten, weit höher als bei den meisten bekannten Bursts, und ein Zeichen dafür, dass das Signal eine enorme Gassäule durchquert hatte.

Diese Zahl gibt nur eine grobe Entfernung. Eine echte benötigt die Wirtsgalaxie und ihr Spektrum, und Archivdurchmusterungen des Himmels zeigten nichts an der Position. Auch eine Stunde Tiefenbildgebung mit dem Keck-I-Teleskop auf Hawaii oder Infrarotaufnahmen des MMT-Observatoriums in Arizona ergaben nichts. Die Galaxie war zu lichtschwach für die größten erdgebundenen Teleskope.

Also beantragte das Team Zeit am Webb. Seine Nahinfrarotkamera hob einen Fleck der 28. Größenklasse etwa 0,3 Bogensekunden von der Position des Bursts hervor, und ein statistischer Test ergab eine Wahrscheinlichkeit von 97,5 %, dass der Burst von dort stammte. Webbs Nahinfrarotspektrograph fing dann Licht von glühendem Wasserstoff und Sauerstoff in der Galaxie ein, das durch die Expansion des Universums auf eine Rotverschiebung von 2,148 gedehnt wurde. Das platziert den Burst in die Periode, die Astronomen als kosmischen Mittag bezeichnen, als Galaxien schneller Sterne bildeten als je zuvor oder danach.

Was der Rekord in Zahlen bedeutet

Der bisherige Rekordhalter, ein vom australischen ASKAP-Teleskop eingefangener Burst, lag bei einer Rotverschiebung von etwa 1,016, und sein Licht war etwa acht Milliarden Jahre unterwegs. Der neue Burst verdoppelt diese Rotverschiebung mehr als. In den Worten der Arbeit »durchdringt das Signal ionisiertes Gas über etwa 80 % der kosmischen Geschichte«.

Die Energie liegt an der Obergrenze dessen, was bei diesen Ereignissen beobachtet wird. Sky & Telescope brachte es in vertrauten Begriffen: mehr Energie, als die Sonne in einem Jahr abgibt, gepackt in einen Blitz, kürzer als ein Lidschlag.

Die Wirtsgalaxie ist der seltsamste Teil. Die Schätzung des Teams setzt ihre stellare Masse in der Größenordnung von 10 Millionen Sonnenmassen an, ein winziger Bruchteil der Sterne der Milchstraße. Ihr Gas enthält nur etwa 10 bis 20 % des Sonnenanteils an Elementen, die schwerer als Helium sind, und sie bildet Sterne weit schneller, als es eine Galaxie ihrer Größe normalerweise täte. Die Forscher schätzen, dass der Großteil ihrer Sterne innerhalb von etwa 30 Millionen Jahren entstanden sein könnte.

»Wir dachten, es wäre eine große, schön geformte Galaxie mit vielen Sternen«, sagte Caleb. Stappers war deutlicher: »Die Wirtsgalaxie sticht in der gesamten Galaxienprobe, die wir haben, heraus. Und es war nicht das, was wir erwartet hatten.«

Warum eine kleine, junge Galaxie auf einen Übeltäter hinweist

Die beiden führenden Erklärungen machen unterschiedliche Vorhersagen darüber, wo Bursts auftauchen sollten. Eine besagt, dass sie von Magnetaren stammen, Neutronensternen mit Magnetfeldern, die milliardenfach stärker sind als die stärksten auf der Erde gebauten Magnete, die beim Kollaps massereicher Sterne entstehen. Diese entstehen innerhalb weniger Millionen Jahre nach den Sternen, die sie hervorbringen. Die andere besagt, dass einige Bursts aus Kollisionen von Neutronensternen entstehen, die Milliarden von Jahren brauchen können, um sich spiralförmig anzunähern, und daher tendenziell in älteren Galaxien auftreten.

Eine Galaxie, die sich in einigen zehn Millionen Jahren gebildet hat, lässt wenig Raum für die langsame Option. »Unsere Arbeit deutet darauf hin, dass es sehr unwahrscheinlich ist, dass dieser FRB durch eine Verschmelzung entstanden ist«, sagte Caleb. Metallarmes Gas neigt auch dazu, mehr sehr massereiche Sterne zu produzieren, die die Art sind, die Magnetare hinterlassen. In unserer eigenen Galaxie hat der Magnetar SGR J1935+2154 bereits schwache Bursts derselben Art erzeugt.

Das Signal trug auch eine Aufzeichnung von allem, was es durchquerte. Sein Weg kreuzt den Virgo-Haufen, die riesige Gruppe von Galaxien etwa 54 Millionen Lichtjahre entfernt, und verläuft nahe einer zuvor unbekannten Gruppe von Galaxien bei einer Rotverschiebung von 0,31, etwa 3,5 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt. Das Team schätzt, dass diese beiden Strukturen für den Großteil der zusätzlichen Verzögerung im Signal verantwortlich sind.

Was es nicht klärt

Ein Burst ist ein einzelner Datenpunkt. Der Magnetar-Zusammenhang ist die naheliegendste Interpretation dieser Wirtsgalaxie, aber die Forscher betonen, dass es kein Beweis ist, und es bedeutet nicht, dass jeder Fast Radio Burst denselben Ursprung hat.

Die Eigenschaften der Galaxie haben große Fehlertoleranzen. Ihre Masse, ihr Metallgehalt und ihre Sternentstehungsgeschichte sind Modellschätzungen, die aus einigen Webb-Bildern und einem Spektrum eines Objekts an der Nachweisgrenze stammen. Es wurden sehr wenige so lichtschwache Burst-Wirtsgalaxien in irgendeiner Entfernung untersucht, daher ist es schwer zu sagen, ob diese Galaxie ungewöhnlich ist oder einfach die erste ihrer Art, die frühere Durchmusterungen übersehen haben.

Das Team argumentiert, dass der Fund kein Zufall war. MeerKAT ist derzeit das einzige Burst-Jagd-Instrument, das empfindlich genug ist, um so weit zu sehen, und sie sagen voraus, dass etwa 6,3 % der Bursts in seiner Hauptdurchmusterung aus einer Rotverschiebung von über 2 stammen sollten. Nur weitere Entdeckungen werden das testen. »Jede große Sammlung beginnt mit einem einzigen Exemplar«, sagte Joeri van Leeuwen vom Niederländischen Institut für Radioastronomie, der nicht an der Arbeit beteiligt war.

Häufige Fragen zum entferntesten Fast Radio Burst

Was ist ein Fast Radio Burst?

Ein Fast Radio Burst ist ein Blitz von Radiowellen, der einige Millisekunden dauert und in den hellsten Fällen so viel Energie tragen kann, wie die Sonne in einem Jahr abstrahlt. Der erste wurde 2007 gefunden. Ihre Quelle wird noch immer debattiert.

Wie weit entfernt ist der entfernteste Fast Radio Burst?

FRB 20240304B hat eine Rotverschiebung von 2,148. Sein Signal war mehr als zehn Milliarden Jahre unterwegs und verließ seine Galaxie, als das Universum etwa drei Milliarden Jahre alt war. Das ist mehr als das Doppelte der Rotverschiebung des bisherigen Rekordhalters.

Verursachen Magnetare Fast Radio Bursts?

Magnetare sind die am besten gestützte Erklärung, und die junge, sternbildende Wirtsgalaxie dieses Bursts stärkt diesen Fall. Aber keine Studie hat bewiesen, dass jeder Burst von einem Magnetar stammt, und die Forscher hinter diesem Ergebnis sagen, dass es noch keinen endgültigen Beweis gibt.

Was als Nächstes kommt

Der Burst wurde am 4. März 2024 entdeckt, erstmals auf einer Konferenz in Montreal im Juli 2025 vorgestellt und am 8. Oktober 2026 in der Zeitschrift Science veröffentlicht. Das Team schätzt, dass MeerKAT mehrere Bursts pro Jahr finden und lokalisieren kann, die mehr als halb zurück zum Urknall reichen, wobei Webb benötigt wird, um ihre lichtschwachen Wirtsgalaxien zu identifizieren. Das Mittelfrequenzteleskop des Square Kilometre Array, das derzeit in Südafrika gebaut wird, soll diese Suche weiter vorantreiben. Stappers formulierte das Ziel klar: »Der nächste Schritt ist, diese Grenze weiter zu verschieben und zu sehen, wie nah wir an die ersten Sterngenerationen herankommen können.«

Referenz: Caleb et al., „A fast radio burst at redshift 2, three billion years after the Big Bang,“ Science, 2026. DOI: 10.1126/science.adz2675

Schlagwörter: Astronomie, James Webb Space Telescope, magnetar, MeerKAT, Fast Radio Burst, FRB 20240304B