Space Roar: Die NASA hat das lauteste Geräusch im Universum entdeckt, aber was ist das?

Im Weltraum kann dich niemand schreien hören, aber mit der richtigen Ausrüstung ist es möglich, ein Brüllen zu erkennen. Das haben Wissenschaftler 2006 entdeckt, als sie begannen, mit einem komplexen Instrument, das an einem riesigen Ballon befestigt war, der in den Weltraum geschickt wurde, nach entfernten Signalen im Universum zu suchen. Das Instrument konnte Radiowellen von der Hitze entfernter Sterne aufnehmen, aber was in diesem Jahr durchkam, war nicht weniger erstaunlich.,

Als das Instrument aus einer Höhe von etwa 37 Kilometern hörte, nahm es ein Signal auf, das sechsmal lauter war als von Kosmologen erwartet. Weil es zu laut war, um frühe Sterne zu sein und weit größer als die vorhergesagte kombinierte Funkemission von fernen Galaxien, verursachte das starke Signal große Verwirrung. Und Wissenschaftler wissen auch heute noch nicht, was es verursacht. Darüber hinaus könnte es die Bemühungen behindern, nach Signalen der ersten Sterne zu suchen, die sich nach dem Urknall gebildet haben.,

Das Instrument, das das mysteriöse Brüllsignal detektierte, war das Absolute Radiometer für Kosmologie, Astrophysik und diffuse Emission (ARCADE), das die NASA gebaut hat, um das Studium des kosmischen Mikrowellenhintergrundspektrums bei niedrigeren Frequenzen zu erweitern.

Die wissenschaftlichen Ziele der Mission — wie SIE hoch über der Erdatmosphäre schwebten, frei von Störungen von unserem Planeten — waren es, Wärme aus der ersten Generation von Sternen zu finden, nach teilchenphysikalischen Relikten aus dem Urknall zu suchen und die Bildung der ersten Sterne und Galaxien zu beobachten., Es erreichte diese Ziele, indem es 7% des Nachthimmels nach Funksignalen scannte, da fernes Licht zu Radiowellen wird, da es über die Entfernung Energie verliert.

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NASA ‚ s Sound from space

ARCADE konnte „absolut kalibrierte Nullpegel“-Messungen durchführen, was bedeutet, dass es die tatsächliche Helligkeit von etwas in realen physikalischen Begriffen und nicht in relativen Begriffen misst. Dies unterschied sich von typischen Radioteleskopen, die zwei Punkte am Himmel beobachten und kontrastieren., Durch das Betrachten des gesamten „Lichts“ und den Vergleich mit einer Schwarzkörperquelle konnte ARCADE die Kombination vieler dunkler Quellen sehen. Es war dann, dass die Intensität eines bestimmten Signals offensichtlich wurde, wenn auch über viele Monate.

„Obwohl es ein guter Film sein könnte, uns überrascht zu sehen, wenn wir sehen, wie der Lichtmesser auf ein Sechsfaches des erwarteten Wertes übergeht, haben wir uns tatsächlich jahrelang auf unseren Ballonflug vorbereitet und eine sehr geschäftige Nacht mit Daten“, sagte der NASA-Wissenschaftler Dale J. Fixsen., „Es dauerte dann Monate der Datenanalyse, um zuerst instrumentelle Effekte vom Signal zu trennen und dann galaktische Strahlung vom Signal zu trennen. So wurde die Überraschung über Monate allmählich enthüllt.“Das heißt, die Auswirkungen waren immer noch riesig.

Seitdem haben Wissenschaftler gesucht, um zu sehen, woher die Strahlung kommt, während sie die Eigenschaften des Signals beschreiben. Letzteres wurde ziemlich schnell deutlich.,

„Es ist ein diffuses Signal aus allen Richtungen, daher wird es nicht von einem einzigen Objekt verursacht“, sagte Al Kogut, der das ARCADE-Team im Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, leitete. „Das Signal hat auch ein Frequenzspektrum oder eine „Farbe“, die der Funkemission aus unserer eigenen Milchstraßengalaxie ähnelt.“

Wissenschaftler nennen das Signal „Radio synchrotron background“ – Hintergrund ist eine Emission aus vielen einzelnen Quellen und vermischt sich zu einem diffusen Glühen., Aber weil das „Raumbrüllen“ durch Synchrotronstrahlung verursacht wird, eine Art Emission von energiereichen geladenen Teilchen in Magnetfeldern, und weil jede Quelle das gleiche charakteristische Spektrum hat, ist es schwierig, den Ursprung dieses intensiven Signals zu bestimmen.

„Es ist seit den späten 1960er Jahren bekannt, dass die kombinierte Funkemission von fernen Galaxien einen diffusen Funkhintergrund aus allen Richtungen bilden sollte“, erzählte Kogut in einer E-Mail über den Weltraum., „Das Weltraumgebrüll ähnelt diesem erwarteten Signal, aber es scheint nicht, dass sechsmal mehr Galaxien im fernen Universum den Unterschied ausmachen, was auf etwas Neues und Aufregendes als Quelle hinweisen könnte.“

Kommt das Weltraumgebrüll von der Milchstraße?,

Ob sich diese Quelle innerhalb oder außerhalb der Milchstraße befindet oder nicht, wird diskutiert.

„Es gibt gute Argumente, warum es nicht von der Milchstraße kommen kann, und gute Argumente, warum es nicht von außerhalb der Galaxie kommen kann“, sagte Kogut.

Ein Grund, warum es wahrscheinlich nicht aus unserer Galaxie kommt, ist, dass das Brüllen nicht der räumlichen Verteilung der Milchstraße zu folgen scheint. Aber niemand sagt mit Sicherheit, dass das Signal nicht von einer Quelle stammt, die näher an der Heimat liegt — nur, dass das kluge Geld von anderswo kommt.,

„Ich würde nicht ganz sagen, dass Wissenschaftler die Möglichkeit des Radiosynchrotronhintergrunds, der aus unserer Galaxie stammt, weitgehend ausgeschlossen haben“, sagte Jack Singal, Assistenzprofessor für Physik an der Universität von Richmond in Virginia, der kürzlich einen Workshop zu diesem Thema leitete. „Ich würde jedoch sagen, dass diese Erklärung weniger wahrscheinlich zu sein scheint.,

“ Der Hauptgrund ist, dass es unsere Galaxie völlig anders als jede ähnliche Spiralgalaxie machen würde, die, soweit wir sagen können, nicht die Art von riesigen, sphärischen, radio-emittierenden Halo zeigen weit über die galaktische Scheibe hinaus, die erforderlich wäre. Es gibt auch andere Probleme, wie zum Beispiel, dass es ein vollständiges Umdenken unserer Modelle des galaktischen Magnetfeldes erfordern würde.“

Fixsen stimmt voll und ganz. „In anderen Spiralgalaxien besteht eine enge Beziehung zwischen Infrarot-und Funkemission, auch in kleinen Abschnitten dieser anderen“, sagte er., „Wenn es also von einem Heiligenschein um unsere Galaxie kommt, würde es die Milchstraße zu einer seltsamen Galaxie machen, während es in den meisten anderen Aspekten wie eine „normale“ Spiralgalaxie aussieht.“

Aus diesen Gründen denken Experten, dass das Signal in erster Linie extragalaktischen Ursprungs ist. „Dies würde es derzeit zum interessantesten Photonenhintergrund am Himmel machen, da die Quellpopulation völlig unbekannt ist“, sagte Singal. Aber da das Universum so groß ist, verengt dies die Dinge nicht gerade so sehr, weshalb Wissenschaftler hart daran gearbeitet haben, mehrere Theorien für die Signalquelle zu entwickeln.,

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Der amerikanische Physiker David Brown zum Beispiel sagte, das Weltraumgebrüll könnte „der erste große empirische Erfolg der M-Theorie“ sein, ein breiter mathematischer Rahmen, der die Stringtheorie umfasst. „Es könnte einen Fredkin-Wolfram-Automaten geben, der über eine Vielzahl alternativer Universen verteilt ist und wiederkehrende physische Zeit mit endlosen Wiederholungen aller möglichen physischen Ereignisse ergibt“, schrieb Brown auf dem FQXi-Community-Blog., Dies setzt voraus, dass das frühe Universum viel mehr reale Materie hatte als heute und das starke Funksignal ausmachte.

Der Raum brüllen kann „der erste große empirische Erfolg der M-Theorie“, eine umfassende mathematische framework umfasst die string-Theorie.

Aber wenn das zu weit ist, gibt es andere Theorien, um Ihre Zähne zu erhalten., „Radioastronomen haben in den Himmel geschaut und einige Arten von Synchrotronquellen identifiziert“, sagte Fixsen.

Synchrotronstrahlung ist leicht herzustellen, sagte er. „Alles, was Sie brauchen, sind energetische Teilchen und ein Magnetfeld, und überall gibt es energetische Teilchen, die von Supernovas, Sternwinden, Schwarzen Löchern und sogar OB-Sternen erzeugt werden“, die heiße, massive Sterne vom spektralen Typ O oder vom frühen Typ B sind „Der Intergalaktische Raum scheint mit sehr heißem Gas gefüllt zu sein , also wenn intergalaktische Magnetfelder stark genug wären, könnten sie glatte Synchrotronstrahlung erzeugen“, sagte er.,

Es ist auch bekannt, dass Synchrotronstrahlung mit der Sternproduktion verbunden ist. „Dies erzeugt auch Infrarotstrahlung, daher die enge Korrelation“, sagte Fixsen. „Aber vielleicht erzeugten die ersten Sterne noch Synchrotronstrahlung, bevor Metalle produziert wurden, erzeugten sie nicht sehr viel Infrarotstrahlung. Oder vielleicht gibt es einen Prozess, an den wir noch nicht gedacht haben.“

Also, was lässt uns das?, „Mögliche Quellen sind entweder diffuse großräumige Mechanismen wie turbulent verschmelzende Galaxienhaufen oder eine völlig neue Klasse bisher unbekannter unglaublich zahlreicher einzelner Radioemissionsquellen im Universum“, sagte Singal. „Aber alles in dieser Hinsicht ist im Moment sehr spekulativ, und einige Vorschläge, die aufgeworfen wurden, umfassen die Vernichtung der Dunklen Materie, Supernovae der ersten Generationen von Sternen und viele andere.,“

Einige Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass Gase in großen Galaxienhaufen die Quelle sein könnten, obwohl es unwahrscheinlich ist, dass die Instrumente von ARCADE in der Lage gewesen wären, Strahlung von einem von ihnen zu detektieren. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass das Signal von den frühesten Sternen erkannt wurde oder dass es von vielen ansonsten schwachen Radiogalaxien stammt, deren akkumulativer Effekt aufgenommen wird. Aber wenn das der Fall wäre, dann müssten sie unglaublich dicht gepackt werden, bis zu dem Punkt, dass es keine Lücke zwischen ihnen gibt, was unwahrscheinlich erscheint.,

Wie das 13 Jahre alte Rätsel gelöst wird

“ Natürlich besteht auch die Möglichkeit, dass Fehler zwischen ARCADE und den anderen bisherigen Messungen aufgetreten sind, die das Niveau des Radio-Synchrotron-Hintergrunds falsch gemessen haben“, sagte Singal., „Dies erscheint unwahrscheinlich, da es sich um sehr unterschiedliche Instrumente handelt, die in ganz unterschiedlichen Frequenzbändern messen.“

Was auch immer das Signal ist, es verursacht auch Probleme beim Erkennen anderer Weltraumobjekte. Wie die NASA in der Vergangenheit darauf hingewiesen hat, sind die frühesten Sterne hinter dem Weltraumgebrüll verborgen, was es schwieriger macht, sie zu erkennen. Es ist, als würde das Universum mit einer Hand geben und mit einer anderen nehmen, aber etwas so Ungewöhnliches entdeckt zu haben, ist immens aufregend., Wenn Sie einen Ursprung von Ursternen und bekannten Funkquellen wie Gas im äußersten Halo unserer Galaxie ausschließen, ist es ein Rätsel, das jeder Wissenschaftler genüsslich genießen würde.

“ Darüber hinaus benötigen wir möglicherweise eine brillante neue Ursprungshypothese, an die noch niemand gedacht hat.“

Damit Wissenschaftler dieses 13-jährige Rätsel endlich lösen können, sind weitere Untersuchungen und Beweise dringend erforderlich., Wie es aussieht, gibt es eine Debatte darüber, ARCADE angesichts des Aufkommens neuer Technologien zurückzuschicken, und angesichts seines präzisen Instrumentariums, das in mehr als 500 Gallonen ultrakaltes flüssiges Helium eingetaucht ist, um sie noch empfindlicher zu machen, würde dies sicherlich keinen Schaden anrichten.

Aber es entstehen auch neue Projekte, die helfen könnten. „Einer von ihnen wird das 300-Fuß-Radioteleskop in Green Bank, West Virginia, verwenden, um den Radiohimmel mit höherer Präzision als zuvor abzubilden“, sagte Kogut. „Vielleicht wird dies ein Licht auf das Geheimnis werfen.“

Singal hofft es sicherlich., Er arbeitet am Green Bank Telescope-Projekt und nutzt das größte Radioteleskop mit klarer Apertur der Welt, um den Hintergrund als primäres und nicht als zusätzliches Ziel zu messen. Dazu wird eine definitive, speziell entwickelte, absolut kalibrierte Nullpegelmessung verwendet, die bei den Megahertz-Frequenzen (MHz) durchgeführt wird, bei denen der Funkhimmel am hellsten ist. (Ein megahertz entspricht einer million hertz.)

„Diese Messung wird derzeit von einem Team entwickelt, an dem ich arbeite und das benutzerdefinierte Instrumente verwendet, die am Teleskop montiert werden“, erklärte Singal., Es wird auch einen weiteren Messversuch geben, bei dem die sogenannte „Anisotropie“ oder Variation des Funksynchrotronhintergrunds wieder bei den MHz-Frequenzen gemessen oder weiter begrenzt werden soll, wo sie dominiert.

„Das ist nicht sein absolutes Niveau, sondern die kleinen Unterschiede von Ort zu Ort am Himmel“, sagte Singal. „Mit einigen Mitarbeitern versuche ich einen ersten Versuch, das niederfrequente Array in den Niederlanden zu verwenden., Beide Messungen zusammen können dazu beitragen, festzustellen, ob der Funksynchrotronhintergrund hauptsächlich galaktischen oder extragalaktischen Ursprungs ist. Darüber hinaus brauchen wir vielleicht eine brillante neue Ursprungshypothese, an die noch niemand gedacht hat.,“

Zusätzliche Ressourcen:

• Lesen Sie mehr über das absolute Radiometer für Kosmologie, Astrophysik und diffuse Emission (ARCADE) Mission vom Goddard Space Flight Center der NASA
• Erfahren Sie mehr über Synchrotronstrahlung mit dem National Radio Astronomy Observatory (NRAO)
• Erfahren Sie mehr über das Radioteleskop Low-Frequency Array (LOFAR) des ASTRON Netherlands Institute for Radio Astronomy

Dieser Artikel wurde von einer früheren Version in All About Space Magazine, a Future Ltd. veröffentlicht angepasst. Publikation.,