Nello spazio, nessuno può sentirti urlare, ma con l’attrezzatura giusta, è possibile rilevare un ruggito. Questo è ciò che gli scienziati hanno scoperto nel 2006 quando hanno iniziato a cercare segnali distanti nell’universo usando uno strumento complesso fissato a un enorme pallone che è stato inviato nello spazio. Lo strumento è stato in grado di raccogliere le onde radio dal calore di stelle lontane, ma ciò che è venuto attraverso quell’anno è stato a dir poco sorprendente.,
Mentre lo strumento ascoltava da un’altezza di circa 23 miglia (37 chilometri), captava un segnale che era sei volte più forte del previsto dai cosmologi. Poiché era troppo forte per essere stelle iniziali e molto più grande dell’emissione radio combinata prevista da galassie lontane, il potente segnale causò grande perplessità. E gli scienziati ancora non sanno cosa lo stia causando, ancora oggi. Inoltre, potrebbe ostacolare gli sforzi per cercare segnali dalle prime stelle che si sono formate dopo il Big Bang.,
Lo strumento che ha rilevato il misterioso segnale ruggente è stato il Radiometro Assoluto per la cosmologia, l’astrofisica e l’emissione diffusa (ARCADE), che la NASA ha costruito per estendere lo studio dello spettro di fondo delle microonde cosmiche a frequenze più basse.
Obiettivi scientifici della missione — come ARCADE galleggiava in alto sopra l’atmosfera terrestre, privo di interferenze dal nostro pianeta — erano di trovare il calore dalla prima generazione di stelle, cercare reliquie fisica delle particelle dal Big Bang e osservare la formazione delle prime stelle e galassie., Ha raggiunto questi obiettivi scansionando il 7% del cielo notturno per i segnali radio, poiché la luce lontana diventa onde radio mentre perde energia a distanza.
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Il suono della NASA dallo spazio
ARCADE era in grado di effettuare misurazioni “assolutamente calibrate a livello zero”, il che significa che stava misurando la luminosità effettiva di qualcosa in termini fisici reali piuttosto che in termini relativi. Questo era diverso dai tipici radiotelescopi, che osservano e contrastano due punti nel cielo., Osservando tutta la “luce” e confrontandola con una fonte di corpo nero, ARCADE è stato in grado di vedere la combinazione di molte fonti fioche. Fu allora che l’intensità di un particolare segnale divenne evidente, anche se per molti mesi.
“Anche se potrebbe essere un buon film vederci sorpresi quando vediamo il misuratore di luce salire a un valore sei volte superiore a quello previsto, in realtà abbiamo trascorso anni a prepararci per il nostro volo in mongolfiera e una notte molto intensa a prendere dati”, ha detto lo scienziato della NASA Dale J. Fixsen., “Ci sono voluti mesi di analisi dei dati per separare prima gli effetti strumentali dal segnale e poi per separare la radiazione galattica dal segnale. Quindi la sorpresa è stata gradualmente rivelata nel corso dei mesi.”Detto questo, l’impatto è stato ancora enorme.
Da allora, gli scienziati hanno cercato di vedere da dove proviene la radiazione mentre cercavano di descrivere le proprietà del segnale. Quest’ultimo è diventato evidente piuttosto rapidamente.,
“È un segnale diffuso proveniente da tutte le direzioni, quindi non è causato da un singolo oggetto”, ha detto Al Kogut, che ha diretto il team ARCADE presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland. “Il segnale ha anche uno spettro di frequenza, o’ colore’, che è simile all’emissione radio dalla nostra galassia della Via Lattea.”
Gli scienziati chiamano il segnale” radio synchrotron background ” — lo sfondo è un’emissione proveniente da molte fonti individuali e si fonde insieme in un bagliore diffuso., Ma poiché il “ruggito spaziale” è causato dalla radiazione di sincrotrone, un tipo di emissione da particelle cariche ad alta energia nei campi magnetici, e poiché ogni sorgente ha lo stesso spettro caratteristico, individuare l’origine di questo segnale intenso è difficile.
“È noto dalla fine degli anni’ 60 che l’emissione radio combinata da galassie lontane dovrebbe formare uno sfondo radio diffuso proveniente da tutte le direzioni”, Kogut ha raccontato Tutto sullo Spazio in una e-mail., “Il ruggito spaziale è simile a questo segnale atteso, ma non sembra che ci siano sei volte più galassie nell’universo lontano a fare la differenza, il che potrebbe indicare qualcosa di nuovo ed eccitante come fonte.”
È lo spazio ruggito proveniente dalla Via Lattea?,
Se questa sorgente si trovi o meno all’interno o all’esterno della Via Lattea è in discussione.
“Ci sono buoni argomenti per cui non può provenire dall’interno della Via Lattea, e buoni argomenti per cui non può provenire dall’esterno della galassia”, ha detto Kogut.
Una ragione per cui probabilmente non proviene dalla nostra galassia è perché il ruggito non sembra seguire la distribuzione spaziale dell’emissione radio della Via Lattea. Ma nessuno sta dicendo per certo che il segnale non proviene da una fonte più vicina a casa — solo che il denaro intelligente è su di esso proveniente da altrove.,
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“non vorrei piuttosto dire che gli scienziati sono in gran parte escluso la possibilità che la radio di sincrotrone sfondo provenienti dalla nostra galassia”, ha detto Jack Singal, un assistente professore di fisica presso l’Università di Richmond, in Virginia, che ha recentemente condotto un workshop sull’argomento. “Tuttavia, direi che questa spiegazione sembra essere meno probabile.,
“La ragione principale è che renderebbe la nostra galassia completamente diversa da qualsiasi galassia spirale simile, che per quanto possiamo dire non mostra il tipo di alone gigante, sferico, radio-emettitore che si estende ben oltre il disco galattico che sarebbe richiesto. Ci sono anche altri problemi, come ad esempio che richiederebbe un ripensamento completo dei nostri modelli del campo magnetico galattico.”
Fixsen è d’accordo con tutto il cuore. “In altre galassie a spirale c’è una stretta relazione tra l’emissione infrarossa e radio, anche in piccole sezioni di queste altre”, ha detto., “Quindi, se proviene da un alone attorno alla nostra galassia, renderebbe la Via Lattea una strana galassia, mentre nella maggior parte degli altri aspetti sembra una galassia a spirale “normale”.”
Per questi motivi, gli esperti pensano che il segnale sia principalmente di origine extragalattica. “Lo renderebbe lo sfondo fotonico più interessante nel cielo al momento perché la popolazione di origine è completamente sconosciuta”, ha detto Singal. Ma dal momento che l’universo è così vasto questo non restringe esattamente le cose così tanto, motivo per cui gli scienziati hanno lavorato duramente per elaborare più teorie per la fonte del segnale.,
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Il fisico americano David Brown, ad esempio, ha detto che il ruggito spaziale potrebbe essere “il primo grande successo empirico della teoria M”, un ampio quadro matematico che comprende la teoria delle stringhe. “Potrebbe esserci un automa Fredkin-Wolfram diffuso in moltitudini di universi alternativi, che produce un tempo fisico ricorrente con infinite ripetizioni di tutti i possibili eventi fisici”, ha scritto Brown sul blog della comunità FQXi., Ciò suppone che l’universo primordiale avesse molta più materia reale di oggi, rappresentando il potente segnale radio.
Il rombo spaziale potrebbe essere “il primo grande successo empirico della teoria M”, un ampio quadro matematico che comprende la teoria delle stringhe.
– Fisico David Brown
Ma se questo è troppo lontano, ci sono altre teorie per ottenere i denti in., “I radioastronomi hanno guardato il cielo e hanno identificato un paio di tipi di fonti di sincrotrone”, ha detto Fixsen.
La radiazione di sincrotrone è facile da fare, ha detto. “Tutto ciò di cui hai bisogno sono particelle energetiche e un campo magnetico, e ci sono particelle energetiche ovunque, prodotte da supernove, venti stellari, buchi neri, persino stelle OB”, che sono stelle calde e massicce di tipo spettrale O o di tipo precoce B. “Lo spazio intergalattico sembra essere pieno di gas molto caldo, quindi se i campi magnetici intergalattici fossero abbastanza forti, potrebbero generare una radiazione di sincrotrone,
È anche noto che la radiazione di sincrotrone è associata alla produzione di stelle. “Questo genera anche radiazioni infrarosse, quindi la stretta correlazione”, ha detto Fixsen. “Ma forse le prime stelle hanno generato la radiazione di sincrotrone ma, prima che i metalli fossero prodotti, non hanno generato molta radiazione infrarossa. O forse c’è qualche processo a cui non abbiamo ancora pensato.”
Quindi cosa ci lascia?, “Le possibili fonti includono meccanismi diffusi su larga scala come la fusione turbolenta di ammassi di galassie, o una classe completamente nuova di finora sconosciute incredibilmente numerose fonti individuali di emissione radio nell’universo”, ha detto Singal. “Ma qualsiasi cosa al riguardo è altamente speculativa al momento, e alcuni suggerimenti che sono stati sollevati includono l’annientamento della materia oscura, le supernove delle prime generazioni di stelle e molti altri.,”
Alcuni scienziati hanno suggerito che i gas in grandi ammassi di galassie potrebbero essere la fonte, anche se è improbabile che gli strumenti di ARCADE sarebbero stati in grado di rilevare le radiazioni da uno di essi. Allo stesso modo, c’è la possibilità che il segnale sia stato rilevato dalle prime stelle o che provenga da molte galassie radio altrimenti fioche, il cui effetto cumulativo viene rilevato. Ma se questo fosse il caso, dovrebbero essere imballati incredibilmente strettamente, al punto che non c’è spazio tra loro, il che sembra improbabile.,
Come il 13-year-old mistero sarà risolto
“certo, c’è anche la possibilità che ci sia stata una coincidenza di errori tra ARCADE e le altre misure che hanno mismeasured il livello della radio di sincrotrone sfondo”, All ‘ detto., “Questo sembra improbabile, dato che si tratta di strumenti molto diversi che misurano in bande di frequenza molto diverse.”
Qualunque sia il segnale, sta anche causando problemi quando si tratta di rilevare altri oggetti spaziali. Come la NASA ha sottolineato in passato, le prime stelle sono nascosti dietro il ruggito spazio, e che li sta rendendo più difficile da rilevare. È come se l’universo stesse dando con una mano e prendendo con un’altra, ma aver scoperto qualcosa di così insolito è immensamente eccitante., Quando si esclude un’origine da stelle primordiali e fonti radio conosciute come il gas nell’alone più esterno della nostra galassia, è un mistero che qualsiasi scienziato assaporerebbe con gusto.
“Oltre a ciò, penso che potremmo aver bisogno di una nuova brillante ipotesi di origine a cui nessuno ha ancora pensato.”
– Astrofisico Jack Singal
Affinché gli scienziati possano finalmente risolvere questo enigma di 13 anni, sono necessarie ulteriori ricerche e prove., Così com’è, c’è un dibattito sull’invio di ARCADE back up dato l’avvento della nuova tecnologia, e dato il suo preciso set di strumenti, immersi in più di 500 galloni di elio liquido ultra-freddo per renderli ancora più sensibili, non ci sarebbe certamente alcun danno in tal modo.
Ma ci sono anche nuovi progetti emergenti che potrebbero aiutare. “Uno di loro utilizzerà il radiotelescopio da 300 piedi a Green Bank, West Virginia, per mappare il cielo radio con una precisione superiore a prima”, ha detto Kogut. “Forse questo farà luce sul mistero.”
Singal lo spera certamente., Sta lavorando al progetto Green Bank Telescope, facendo uso del più grande radiotelescopio ad apertura chiara del mondo per misurare il livello dello sfondo come obiettivo primario, piuttosto che accessorio. Lo farà utilizzando una misura definitiva, appositamente costruita, assolutamente calibrata a livello zero presa alle frequenze megahertz (MHz) in cui il cielo radio è più luminoso. (Un megahertz è uguale a un milione di hertz.)
“Questa misura è attualmente in fase di sviluppo da un team di cui mi occupo, utilizzando strumentazione personalizzata che verrà montata sul telescopio”, ha spiegato Singal., Ci sarà anche un altro tentativo di misurazione, questo cercando di misurare o limitare ulteriormente la cosiddetta “anisotropia”, o variazione dello sfondo del sincrotrone radio, di nuovo alle frequenze MHz dove domina.
“Questo non è il suo livello assoluto, ma piuttosto le piccole differenze da un posto all’altro nel cielo”, ha detto Singal. “Con alcuni collaboratori, sto provando un primo tentativo utilizzando l’array a bassa frequenza nei Paesi Bassi., Entrambe queste misurazioni in concerto possono aiutare a capire se lo sfondo del sincrotrone radio è principalmente di origine galattica o extragalattica. Oltre a ciò, penso che potremmo aver bisogno di una nuova brillante ipotesi di origine a cui nessuno ha ancora pensato.,”
Ulteriori risorse:
- per saperne di più circa l’Assoluta Radiometro per la Cosmologia, Astrofisica, ed Emissioni Diffuse (ARCADE) missione della NASA Goddard Space Flight Center
- Imparare circa la radiazione di sincrotrone con il National Radio Astronomy Observatory (NRAO)
- Scopri di più sulle Basse Frequenze Array (LOFAR) radio telescopio da ASTRON Netherlands Institute for Radio Astronomy
Questo articolo è stato tratto da una versione precedente pubblicato in Tutto lo Spazio della rivista, un Futuro Ltd. pubblicazione.,