Ein Radioblitz hat die Erde nach einer Reise von mehr als zehn Milliarden Jahren erreicht. Neue Messungen ordnen das kurze Signal einer Galaxie aus der Frühzeit des Universums zu. Überraschend ist nicht nur die Entfernung, sondern auch die ungewöhnliche Umgebung seines Ursprungs. Sie hilft, die möglichen Auslöser solcher Ausbrüche einzugrenzen.
Das Signal dauerte nur Millisekunden, doch es war länger unterwegs, als die Erde existiert. Am 4. März 2024 registrierte das südafrikanische Radioteleskop MeerKAT einen außergewöhnlich fernen Radioblitz. Er erhielt die Bezeichnung FRB 20240304B. Die Himmelsposition ließ sich bestimmen, aber die zugehörige Galaxie blieb selbst für leistungsfähige Teleskope am Boden zunächst unsichtbar. Erst das James-Webb-Weltraumteleskop machte die schwache Quelle zugänglich. Die am 8. Oktober 2026 in Science veröffentlichte Untersuchung verbindet das kurze Radiosignal nun mit einer Zeit, in der das Universum erst ungefähr drei Milliarden Jahre alt war. Das Team um Manisha Caleb untersucht damit einen Vorgang aus einer Epoche besonders reger Sternentstehung. Der Blick zurück gelingt nicht durch eine Reise des Teleskops in die Vergangenheit, sondern durch Strahlung, die seit dieser Vergangenheit unterwegs ist.
Radiowellen gehören wie sichtbares Licht zur elektromagnetischen Strahlung, besitzen aber längere Wellenlängen. Ein Radioblitz ist deshalb nicht automatisch ein Lichtpunkt, den ein Mensch am Nachthimmel sehen könnte. Ein Radioteleskop erfasst eine rasche Änderung des Signals in seinem Frequenzbereich. Die spätere Infrarotaufnahme zeigt dagegen die Galaxie, aus deren Richtung der Ausbruch kam. Diese Trennung erklärt, weshalb nach dem längst vergangenen Ereignis noch eine aufschlussreiche Untersuchung möglich ist. Der Ausbruch muss nicht weiterleuchten, damit seine Umgebung erforscht werden kann. Voraussetzung ist eine ausreichend genaue Ortsbestimmung. Ohne sie könnten mehrere schwache Galaxien innerhalb eines großen Suchbereichs infrage kommen. Die beteiligten Forscher des Bonner Max-Planck-Instituts für Radioastronomie betonen deshalb die Verbindung aus Entdeckung, Lokalisierung und anschließender Untersuchung der Heimatgalaxie. Zum Entdeckungsteam gehörte Ewan Barr, der an der technischen und wissenschaftlichen Arbeit des Projekts beteiligt ist.
Das James-Webb-Weltraumteleskop löste zwei aufeinanderfolgende Aufgaben. Seine Kamera NIRCam fand die Galaxie an der gesuchten Stelle. Anschließend zerlegte das Instrument NIRSpec ihr Licht in ein Spektrum. Darin lassen sich charakteristische Merkmale erkennen, deren ursprüngliche Wellenlängen bekannt sind. Die NASA beschreibt für diese Messung eine Rotverschiebung von 2,148. Dieser Wert ermöglicht zusammen mit einem kosmologischen Modell die zeitliche Einordnung. Wichtig ist, dass die Zahl aus dem Spektrum der Galaxie stammt und nicht aus ihrer scheinbaren Größe auf dem Bild. Eine kleine Erscheinung könnte grundsätzlich auch durch eine tatsächlich kleine Galaxie entstehen. Die spektrale Messung liefert einen anderen, dafür geeigneteren Zugang. Sie macht aus einer vermuteten sehr großen Entfernung eine wesentlich genauer eingegrenzte Position innerhalb der Geschichte des sich ausdehnenden Universums. Die Ergebnisse beider Instrumente ergänzen sich.
Bei der kosmologischen Rotverschiebung wird die Ausdehnung des Universums berücksichtigt. Während sich Strahlung über große kosmische Entfernungen ausbreitet, vergrößern sich auch ihre Wellenlängen. Die Erläuterung der kosmologischen Rotverschiebung unterscheidet diesen Vorgang von der einfachen Vorstellung eines unverändert durch einen starren Raum fliegenden Signals. Für den gemessenen Wert ergibt sich rechnerisch, dass die beobachtete Wellenlänge etwa das 3,148-Fache der ausgesandten beträgt. Das folgt aus der Definition der Rotverschiebung und ist keine zusätzliche Beobachtung. Der Ausdruck rot bedeutet dabei nicht, dass die gesamte Galaxie auf einem veröffentlichten Bild kräftig rot aussehen muss. Er bezeichnet eine Verschiebung zu längeren Wellenlängen. Welche sichtbaren Farben einer Infrarotaufnahme zugeordnet werden, ist eine weitere Frage. Entscheidend für die Entfernungsmessung sind die tatsächlichen spektralen Positionen, nicht die nachträgliche Darstellung auf einem Bildschirm oder der persönliche Farbeindruck eines Betrachters.
Auch Reisezeit und heutige Entfernung dürfen in einem expandierenden Universum nicht gleichgesetzt werden. Das Licht war mehr als zehn Milliarden Jahre unterwegs, während sich der Raum weiterentwickelte. Daraus lässt sich nicht einfach schließen, die Galaxie befinde sich heute genau zehn Milliarden Lichtjahre entfernt. Die Headline beschreibt die Laufzeit des empfangenen Signals. Für den Blick in die Vergangenheit ist genau diese Größe anschaulich: Die beobachtete Galaxie erscheint in einem damaligen Entwicklungszustand. Was inzwischen an ihrem Ort geschehen ist, zeigt dieselbe Aufnahme nicht. Die kurze Dauer des Ausbruchs und seine lange Reisezeit widersprechen sich ebenfalls nicht. Ein kurzes Signal kann einen sehr langen Weg zurücklegen, ohne über den gesamten Zeitraum neu erzeugt zu werden. Gerade diese Verbindung macht den Fall bemerkenswert. Ein Vorgang von wenigen Millisekunden bewahrt Informationen aus einer Epoche, aus der keine direkte Reise und kein nachträglicher Besuch möglich sind.
Die gefundene Heimat ist eine Zwerggalaxie mit lebhafter Sternentstehung. Nach der Einordnung des Teams war sie rund tausendmal weniger massereich, als aufgrund der Erwartungen an die Wirtsgalaxie angenommen worden war. Dieser Vergleich bezieht sich auf die Erwartung der Forscher und nicht auf einen festgelegten Größenvergleich mit der Milchstraße. Zugleich spricht ihre hohe Sternentstehungsrate dafür, dass ein großer Teil ihrer Sterne innerhalb von nur etwa 30 Millionen Jahren entstanden sein könnte. Damit verändert sich die Frage nach dem Ursprung des Signals. Nicht nur der Ort, sondern auch das Alter der dortigen Sternpopulation wird relevant. Ein Erklärungsmodell, das zwingend eine sehr lange Entwicklung vor dem Ausbruch voraussetzt, passt schlechter zu einer überwiegend jungen Umgebung. Die Heimatgalaxie wirkt auf diese Weise wie ein zusätzlicher Filter für mögliche Ursachen. Sie verrät nicht unmittelbar, welcher einzelne Stern den Ausbruch erzeugt hat, begrenzt aber die dazu passende Vorgeschichte.
Zu den diskutierten Quellen gehört ein Magnetar, ein Neutronenstern mit einem besonders starken Magnetfeld. Die Beschreibung dieser extremen Sternreste erklärt, weshalb sie als mögliche Quellen kurzer energiereicher Ausbrüche gelten. Nach dem Tod eines massereichen Sterns kann ein sehr kompakter Rest zurückbleiben. Veränderungen in seiner Kruste oder seinem Magnetfeld können Energie freisetzen. Für den vorliegenden Fall ist vor allem der zeitliche Zusammenhang interessant. Ein junger Sternrest kann vergleichsweise bald nach der Bildung seiner stellaren Umgebung aktiv werden. Eine Verschmelzung zweier Neutronensterne verlangt dagegen zunächst die Entstehung des Doppelsystems und anschließend eine Entwicklung ihrer Umlaufbahn. Viele solcher Wege benötigen lange Zeit. Die junge Galaxie spricht deshalb für einen rasch verfügbaren Auslöser. Sie beweist aber weder einen direkt beobachteten Magnetar noch, dass sämtliche Radioblitze aus demselben Mechanismus hervorgehen müssen.
Der Radioblitz durchquert auf seiner Reise nicht ausschließlich leeren Raum. Ionisiertes Gas, ein Plasma, enthält freie Elektronen und beeinflusst die Ausbreitung der Radiowellen. Unterschiedliche Frequenzen kommen dadurch nicht exakt gleichzeitig an. Das zunächst störend wirkende Auseinanderziehen des Signals wird zu einer Informationsquelle über Materie entlang der Sichtlinie. Bei FRB 20240304B fand das Team Hinweise auf den Einfluss zweier Galaxienansammlungen zwischen Ursprung und Erde. Dazu gehören der vergleichsweise nahe Virgo-Haufen und eine weiter entfernte Struktur. Die Beobachtung ordnet das Signal also nicht nur seiner Heimat zu, sondern erschließt Teile seines Wegs. Das ist keine Aufnahme jedes einzelnen Gaswölkchens. Mehrere Bereiche können gemeinsam zur gemessenen Verzögerung beitragen. Um ihre Anteile besser zu unterscheiden, braucht es weitere Informationen über die dazwischenliegenden Strukturen. Die ungewöhnlich große Entfernung erweitert dabei die Strecke, über die solche Einflüsse überhaupt gesammelt und anschließend untersucht werden können.
Die Erkenntnisse beruhen auf einer Arbeitsteilung verschiedener Beobachtungen. Das Radioteleskop entdeckt einen kurzen Vorgang und bestimmt seine Richtung. Das Infrarotteleskop erschließt die Galaxie. Ihr Spektrum erlaubt die zeitliche Einordnung, während ihre Sternentstehung Hinweise auf mögliche Auslöser liefert. Jeder Schritt beantwortet eine andere Frage. Ein besonders empfindliches Bild allein könnte die Radiowellen nicht ersetzen, und ein präzise aufgezeichneter Ausbruch würde ohne erkennbare Heimat schwieriger zu deuten bleiben. Die Stärke liegt deshalb in der Verbindung. Weitere ähnlich ferne Ereignisse könnten zeigen, ob junge kleine Galaxien in dieser frühen Epoche typische oder ungewöhnliche Gastgeber solcher Ausbrüche waren. Bis dahin besitzt FRB 20240304B bereits eine besondere Aussage: Der Mechanismus, der einen extrem kurzen Radioblitz erzeugt, war schon wenige Milliarden Jahre nach dem Urknall aktiv. Was für die Empfänger auf der Erde nur einen flüchtigen Ausschlag bedeutete, öffnet damit einen Zugang zu einer weit zurückliegenden kosmischen Lebensphase.
Science, A fast radio burst at redshift 2, three billion years after the Big Bang; doi:10.1126/science.adz2675
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