Neue Methode zur Messung kosmischer Entfernungen mit FRBs

Wissenschaftler suchen ständig nach Wegen, um Entfernungen im Weltraum zu messen. Eine der spannendsten Methoden sind schnelle Radioburst (FRBs). Das sind kurze, aber kraftvolle Strahlen von Radiowellen, die aus fernen Galaxien kommen. Dieser neue Ansatz könnte uns helfen, besser zu verstehen, wie schnell sich das Universum ausdehnt.

#Die Herausforderung der Entfernungsme messung

Es ist nicht einfach, herauszufinden, wie weit Dinge im Universum entfernt sind. Eine beliebte Methode nutzt etwas, das starke Linseneffekte genannt wird. Das passiert, wenn massive Objekte, wie Galaxien, das Licht von Dingen dahinter biegen. Stell dir vor, du schaust durch ein grosses Glas, das alles verzerrt. Allerdings kann die Verwendung von starken Linseneffekten zu Fehlern führen, weil die Formen der Galaxien komplex sind und Licht unterschiedlich mit ihnen interagiert.

Ein grosses Problem mit starken Linseneffekten ist, dass es schwierig ist, die Masse dieser Galaxien genau zu modellieren. Das kann zu Unsicherheiten in den Messungen führen. Während diese Methode gute Informationen liefern kann, hat sie trotzdem ihre Schwächen.

#Eine neue Idee: Mikrolinsen nutzen

Anstatt sich auf grosse Galaxien zu verlassen, schlagen Wissenschaftler vor, sich auf kleinere Objekte zu konzentrieren, die Mikrolinsen genannt werden. Das sind typischerweise Sterne oder andere kompakte Objekte, die ebenfalls Licht biegen können. Mikrolensing hat den Vorteil, dass es einfacher ist, da der Effekt jeder Mikrolinse nur von einem Faktor abhängt: ihrer Masse. Das bedeutet weniger Unsicherheiten in den Messungen.

FRBs sind besonders nützlich, weil sie Signale erzeugen, die genau getimt werden können. Sie können möglicherweise auf Präzisionsniveaus von nur wenigen Nanosekunden erreichen. Das macht FRBs zu guten Kandidaten, um die Zeit zu messen, die Licht von Galaxien braucht, um uns zu erreichen, nachdem es von einer Mikrolinse abgelenkt wurde.

#Das Problem mit der Bildauflösung

Eine grosse Herausforderung ist, dass die durch Mikrolensing erzeugten Bilder durch winzige Winkel getrennt sind – so klein, dass Bodenteleskope sie nicht unterscheiden können. Um das zu lösen, wollen Wissenschaftler ein Phänomen namens Schimmern nutzen. Das passiert, wenn Radiowellen streuen, während sie durch das interstellare Medium der Milchstrasse reisen (der Raum zwischen den Sternen). Durch die Nutzung dieses Streueffekts können Astronomen mehrere Signale kombinieren, um ein klareres Bild zu erstellen.

#Wie Schimmern funktioniert

Wenn FRBs durch das interstellare Medium reisen, können sie streuen und mehrere überlappende Bilder erzeugen. Die Idee ist, dass Wissenschaftler durch das Messen dieser gestreuten Bilder Informationen über die kleineren Winkeltrennungen der mikrolinsierten Bilder gewinnen können. Im Grunde genommen wirkt das interstellare Medium wie eine riesige Linse, die Astronomen ermöglicht, mehr Daten aus jeder Beobachtung zu sammeln.

Diese Technik könnte die Unsicherheiten in den Messungen erheblich reduzieren. Mit nur einem beobachteten Schimmerereignis könnten Schätzungen mit einer Unsicherheit von 6% gemacht werden, und mit etwa 30 Ereignissen könnte das auf weniger als 1% sinken.

#Der Weg nach vorne

In den nächsten Jahren werden viele neue Teleskope in Betrieb genommen, was die Anzahl der entdeckten FRBs erhöhen sollte. Jedes Teleskop kann diese schnellen Ausbrüche aus verschiedenen Entfernungen erfassen und hilft den Wissenschaftlern, eine Menge Daten zu sammeln. Zum Beispiel detektiert das Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) derzeit etwa zehn Ausbrüche pro Tag. Mit fortschrittlicheren Teleskopen könnte diese Rate dramatisch steigen.

Wenn diese neuen Teleskope verfügbar sind, erwarten Astronomen einen Sprung in der Anzahl der Mikrolensing-Ereignisse, die sie beobachten können. Das Ziel ist es, genug dieser Ereignisse zu erfassen, um die Entfernungsmessungen im Universum zu verfeinern.

#Systematische Fehler angehen

Obwohl die Verwendung von Mikrolinsen sauberer scheint als die traditionellen Methoden, gibt es immer noch potenzielle Fehlerquellen, auf die Wissenschaftler achten müssen. Ein Problem sind Doppelsterne, Systeme, bei denen zwei Sterne umeinander kreisen. Wenn Forscher einen Doppelstern fälschlicherweise für eine einfache Mikrolinse halten, könnte das Verzerrungen in den Ergebnissen verursachen.

Eine weitere Sorge ist etwas, das Scherung genannt wird. Das passiert, wenn die gravitative Anziehung nahegelegener Galaxien die Lichtwege der Mikrolinsen beeinflusst. Obwohl dieser Effekt normalerweise klein ist, kann er trotzdem zu Fehlern in den geschätzten Entfernungen führen.

Schliesslich können die Auswirkungen von Masse entlang der Sichtlinie – wie Wolken aus Gas oder Staub – ebenfalls Probleme verursachen. Allerdings bedeuten die kleinen Winkel der Trennung im Mikrolensing, dass die Auswirkungen dieser Faktoren wahrscheinlich minimal sein werden.

#Die Vorteile dieser Methode

Mikrolensing zur Messung kosmischer Entfernungen bietet mehrere wichtige Vorteile. Erstens vereinfacht es den Modellierungsprozess, da es auf weniger Variablen angewiesen ist. Das reduziert die Fehler, die aus falschen Annahmen über Massendistributionen resultieren können. Zweitens kann die hohe Präzision des FRB-Timings viel klarere Messungen liefern als traditionelle Methoden.

Darüber hinaus könnte diese Methode helfen, einige laufende Debatten in der Kosmologie zu klären, insbesondere bezüglich der sogenannten "Hubble-Spannung". Das ist die Diskrepanz zwischen Messungen der Expansionsrate des Universums aus verschiedenen Methoden. Durch die Bereitstellung einer unabhängigen Messung könnte Mikrolensing helfen, diese widersprüchlichen Ergebnisse zu klären.

#Fazit

Die Zukunft der Messung kosmischer Entfernungen sieht vielversprechend aus mit dem neuen Ansatz, scintilliertes Mikrolensing von schnellen Radiobursts zu nutzen. Mit den Fortschritten in der Teleskoptechnologie wird die Möglichkeit, mehr Daten zu sammeln, dazu beitragen, unser Verständnis der Expansionsrate des Universums zu verfeinern. Das könnte letztendlich zu einem besseren Verständnis des Kosmos und seiner Geheimnisse führen. Mit fortlaufender Forschung und Entwicklung sind Wissenschaftler optimistisch, dass diese neue Methode klarere Antworten auf einige der grossen Fragen in der Kosmologie liefern wird.