Wie schnell ist Fast? Chinas Sky Eye und intelligente Rechenleistung nutzen Himmelskörper als Experimentierfelder. Seine Errungenschaften könnten die Sicht der Menschheit auf das Universum verändern.

· Herausgeber dieser Ausgabe: Feng Yi, Forschungsexperte am Intelligent Computing Platform Research Center des Zhijiang Laboratory

· Inhalt dieser Ausgabe: FAST stellt aktive, sich wiederholende schnelle Radioblitze sorgfältig dar (Top Ten Fortschritte in der chinesischen Wissenschaft im Jahr 2022)

Es gibt Berge über Berge und grüne Wälder wie das Meer. Zwischen den Bergen von Guizhou, meinem Land, steht ein majestätisches kugelförmiges Radioteleskop. Es transportiert die menschliche Neugier und Erwartung an das Universum, blickt hinauf zum Sternenhimmel und sucht nach Radiosignalen in Lichtjahre Entfernung.

Es ist SCHNELL und wir nennen es häufiger das „China Sky Eye“. Als weltweit größtes und empfindlichstes Radioteleskop mit einer einzigen Apertur ist FAST in der Lage, im Radioband nach schwachen Signalen aus Milliarden von Lichtjahren Entfernung zu suchen.

Vor Kurzem fand die Veranstaltung „Popular Science Release of Scientific and Technological Achievements“ der Wissenschafts- und Technologievereinigung der Provinz Zhejiang erneut im Zhijiang-Labor statt. Dieses Mal stammen die Ergebnisse von Feng Yi, einem Forschungsexperten vom Intelligent Computing Platform Research Center des Zhijiang-Labors, aus den von FAST erfassten Daten.

Das Geheimnis schneller Radioblitze lüften

Was ist ein schneller Radioblitz?

Zu Beginn der Veranstaltung stellte Feng Yi allen diesen ungewöhnlichen astronomischen Begriff vor.

Wie der Name schon sagt, bedeutet „schnell“, dass es sehr, sehr kurz dauert, nur etwa eine Tausendstelsekunde, 200-mal schneller als ein menschlicher Wimpernschlag; „Radio“ bedeutet, dass es nur im Radiobereich beobachtet wurde, und „Burst“ bezeichnet eine Explosion mit sehr hoher Energie. Die dabei freigesetzte Energie könnte höher sein als die Energie, die die Sonne in einem Jahr freisetzt, und könnte von der Menschheit wahrscheinlich eine Billion Jahre lang genutzt werden.“

Im Jahr 2007 wurden zum ersten Mal schnelle Radioblitze (FRBs) von Menschen entdeckt und rückten schnell in den Mittelpunkt der Aufmerksamkeit von Astronomen auf der ganzen Welt. Man könnte sagen, sie sind eine „Internet-Berühmtheit“ auf dem Gebiet der Astronomie.

Diese Art extremer Explosionen kann nur im Universum entstehen und die Untersuchung ihres Entstehungsmechanismus könnte revolutionäre Auswirkungen auf die Physik und Astronomie haben. In den Worten von Feng Yi: „Hier hilft das Universum den Menschen, einen natürlichen Versuchsort zu schaffen.“

Der Ursprung und die Entwicklung schneller Radioblitze bleiben ein Rätsel. In der astronomischen Gemeinschaft gibt es etwa 50 Theorien über den Ursprung schneller Radioblitze – eine Zahl, die einst größer war als die Zahl der von Menschen beobachteten schnellen Radioblitze.

Erst 2019 entdeckte Chinas FAST den weltweit ersten dauerhaft aktiven wiederkehrenden Ausbruch „20190520B“. „Schnelle Radioblitze werden im Allgemeinen nach dem Zeitpunkt benannt, als sie erstmals in menschlichen Beobachtungsgeräten auftraten.“ Dieser schnelle Radioblitz, der an einem so romantischen Tag wie dem 20. Mai aufgezeichnet wurde, ist für die Astronomen wie ein Geschenk des Universums. Feng Yi nennt ihn scherzhaft den „König der Locken“ unter den schnellen Radioblitzen. Da es im Allgemeinen nach dem Ausbruch von Radioblitzen eine Ruhephase gibt und seit dem Auftreten von „20190520B“ bei jeder Überwachung ein oder mehrere Teleskope dessen Blitze registriert haben, handelt es sich um den weltweit ersten „kontinuierlich aktiven schnellen Radioblitz“.

Wenn Astronomie auf intelligentes Computing trifft

FAST durchsucht kontinuierlich das riesige Universum und generiert täglich bis zu 300 Terabyte Daten – genug, um 300 PCs zu füllen. Wie können wir angesichts dieser riesigen Datenmenge wirksame Informationen daraus gewinnen?

Feng Yis Antwort lautet: „Rechenleistung + Astronomie“.

Im Jahr 2021 bauten das Zhijiang Laboratory und das National Astronomical Observatory gemeinsam die FAST-basierte astronomische intelligente Computerplattform FAST@ZJLAB. Dank Smart Computing und künstlicher Intelligenz dauert die Datenverarbeitung, die früher zehn Tage dauerte, heute weniger als einen Tag.

Durch eine rechnergestützte Analyse der Polarisation schneller Radiobursts schlug Feng Yi erstmals einen einheitlichen Mechanismus für die Entwicklung der Polarisationsfrequenz sich wiederholender Bursts vor. Dabei wird das Signal des sich wiederholenden Bursts einer Mehrwegestreuung durch das komplexe Plasma um es herum unterzogen, die durch einen einzigen Parameter, die „RM-Dispersion“, beschrieben werden kann.

Diese wichtige Entdeckung von Feng Yi wurde zusammen mit zwei weiteren Forschungsergebnissen zu schnellen Radioblitzen, an denen er maßgeblich beteiligt war, zu einem der „Top Ten Advances in Chinese Science in 2022“ gewählt. Diese Reihe wichtiger Ergebnisse kann zwar kein bestimmtes theoretisches Ursprungsmodell direkt bestätigen, sie liefern jedoch wichtige Beweise für die Aufklärung des Ursprungs schneller Radioblitze und werden in Zukunft eine wichtige Rolle bei der vollständigen Lösung des Rätsels über schnelle Radioblitze spielen.

Am Ende der Veranstaltung zitierte Feng Yi auch eine Zeile aus „Das Drei-Körper-Problem“: „Das gesamte Universum wird für Sie funkeln.“ Obwohl sich dieser Satz auf die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung bezieht, gilt er auch für schnelle Radioblitze. Das Universum ist riesig und die Sterne leuchten. Hier geschehen in jedem Augenblick wunderbare Veränderungen und es werden unzählige neue wissenschaftliche Forschungsergebnisse hervorgebracht. Welche neuen Entdeckungen werden in Zukunft gemacht? Aus Feng Yis Sicht ist das etwas, worauf man sich freuen kann. „Die Forschung, die wir mit FAST-Daten durchführen, könnte die Sicht der Menschheit auf das Universum in Zukunft verändern.“

Weng Danni, Reporterin von Metropolis Express und Orange-Persimmon Interactive