Kosmiczny ryk: NASA wykryła najgłośniejszy dźwięk we wszechświecie, ale co to jest?

w kosmosie nikt nie słyszy twojego krzyku, ale przy odpowiednim sprzęcie można wykryć ryk. To właśnie naukowcy odkryli w 2006 roku, kiedy zaczęli szukać odległych sygnałów we wszechświecie za pomocą złożonego instrumentu przymocowanego do ogromnego balonu, który został wysłany w kosmos. Instrument był w stanie odbierać fale radiowe z ciepła odległych gwiazd, ale to, co przyszło w tym roku, było zdumiewające.,

gdy instrument słuchał z wysokości około 23 mil (37 kilometrów), odebrał sygnał, który był sześciokrotnie głośniejszy niż oczekiwali kosmolodzy. Ponieważ był zbyt głośny, aby być wczesnymi gwiazdami i znacznie większy niż przewidywana łączna emisja radiowa z odległych galaktyk, potężny sygnał wywołał wielkie zdziwienie. A naukowcy nadal nie wiedzą, co jest przyczyną, nawet dzisiaj. Co więcej, może to utrudnić poszukiwania sygnałów z pierwszych gwiazd, które powstały po Wielkim Wybuchu.,

instrumentem, który wykrył tajemniczy sygnał ryczący, był radiometr absolutny dla kosmologii, astrofizyki i emisji rozproszonej (ARCADE), który NASA zbudowała w celu rozszerzenia badania kosmicznego mikrofalowego widma tła przy niższych częstotliwościach.

celem naukowym misji — jako pasażu pływającego wysoko nad ziemską atmosferą, wolnego od zakłóceń z naszej planety — było znalezienie ciepła z pierwszej generacji gwiazd, poszukiwanie reliktów fizyki cząstek z Wielkiego Wybuchu i obserwowanie powstawania pierwszych gwiazd i galaktyk., Osiągnął te cele skanując 7% nocnego nieba w poszukiwaniu sygnałów radiowych, ponieważ odległe światło staje się falami radiowymi, gdy traci energię na odległość.

Related: The Big Bang: What really happened at our universe ' s birth?

dźwięk NASA z kosmosu

ARCADE był w stanie wykonać „absolutnie skalibrowane pomiary poziomu zerowego”, co oznacza, że mierzył rzeczywistą jasność czegoś w rzeczywistych warunkach fizycznych, a nie względnych. Różnił się od typowych radioteleskopów, które obserwują i kontrastują dwa punkty na niebie., Patrząc na całe „światło” i porównując je do źródła czarnego ciała, ARCADE był w stanie zobaczyć kombinację wielu słabych źródeł. To wtedy intensywność jednego konkretnego sygnału stała się widoczna, choć przez wiele miesięcy.

„choć może to dobry film, aby zobaczyć nas zaskoczeni, gdy widzimy, że światłomierz wyskoczyć do wartości sześć razy więcej niż oczekiwano, tak naprawdę spędziliśmy lata przygotowując się do naszego lotu balonem i bardzo pracowity noc biorąc dane,” powiedział naukowiec NASA Dale J. Fixsen., „Następnie zajęło miesiące analizy danych, aby najpierw oddzielić efekty instrumentalne od sygnału, a następnie oddzielić promieniowanie galaktyczne od sygnału. Tak więc zaskoczenie było stopniowo ujawniane w ciągu miesięcy.”To powiedziawszy, wpływ był nadal ogromny.

od tego czasu naukowcy przyglądali się, skąd pochodzi promieniowanie, próbując opisać właściwości sygnału. To ostatnie stało się widoczne dość szybko.,

„jest to sygnał rozproszony pochodzący ze wszystkich kierunków, więc nie jest spowodowany przez żaden pojedynczy obiekt” – powiedział Al Kogut, który kierował zespołem ARCADE w centrum lotów kosmicznych NASA Goddard w Greenbelt w stanie Maryland. „Sygnał ma również widmo częstotliwości, czyli „kolor”, które jest podobne do emisji radiowej z naszej własnej galaktyki Drogi Mlecznej.”

naukowcy nazywają sygnał” radiowym tłem synchrotronowym ” — tłem będącym emisją z wielu pojedynczych źródeł i mieszającym się ze sobą w rozproszony blask., Ponieważ jednak „ryk przestrzeni” jest spowodowany promieniowaniem synchrotronowym, rodzajem emisji z wysokoenergetycznych naładowanych cząstek w polu magnetycznym, oraz ponieważ każde źródło ma takie samo charakterystyczne widmo, ustalenie pochodzenia tego intensywnego sygnału jest trudne.

„od końca lat 60.XX wieku wiadomo, że połączona emisja radiowa z odległych galaktyk powinna tworzyć rozproszone tło radiowe Pochodzące ze wszystkich kierunków” – powiedział Kogut w e-mailu o kosmosie., „Ryk przestrzeni jest podobny do tego oczekiwanego sygnału, ale wydaje się, że w odległym wszechświecie nie ma sześciokrotnie więcej galaktyk, które mogłyby nadrobić różnicę, co mogłoby wskazywać na coś nowego i ekscytującego jako źródło.”

„nie powiedziałbym, że naukowcy w dużej mierze wykluczyli możliwość radiowego tła synchrotronowego pochodzącego z naszej galaktyki”, powiedział Jack Singal, adiunkt fizyki na Uniwersytecie Richmond w Wirginii, który niedawno prowadził warsztaty na ten temat. „Powiedziałbym jednak, że to wyjaśnienie wydaje się być mniej prawdopodobne.,

„głównym powodem jest to, że nasza galaktyka byłaby zupełnie inna niż jakakolwiek podobna galaktyka spiralna, która, o ile możemy powiedzieć, nie wykazuje rodzaju gigantycznego, sferycznego, emitującego promieniowanie halo, rozciągającego się daleko poza dysk galaktyczny, który byłby wymagany. Są też inne kwestie, takie jak to, że wymagałoby to całkowitego przemyślenia naszych modeli galaktycznego pola magnetycznego.”

Fixsen zgadza się z całym sercem. „W innych galaktykach spiralnych istnieje ścisły związek między emisją podczerwieni i radia, nawet w małych sekcjach tych innych”, powiedział., „Jeśli więc pochodzi ona z halo wokół naszej galaktyki, czyniłaby z Drogi Mlecznej dziwną galaktykę, podczas gdy pod wieloma innymi względami wydaje się „normalną” galaktyką spiralną.”

z tych powodów eksperci uważają, że sygnał jest przede wszystkim pochodzenia pozagalaktycznego. „Byłoby to w tej chwili najciekawsze tło fotonowe na niebie, ponieważ populacja źródłowa jest zupełnie nieznana” – powiedział Singal. Ale ponieważ wszechświat jest tak rozległy, to nie zawęża zbyt wiele rzeczy, dlatego naukowcy ciężko pracują, aby wymyślić wiele teorii dla źródła sygnału.,

Related: tajemnicze błyski w głębokiej przestrzeni powtarzają się co 157 dni

amerykański fizyk David Brown, na przykład, powiedział, że ryk przestrzeni może być „pierwszym wielkim sukcesem empirycznym teorii m”, szerokiej struktury matematycznej obejmującej teorię strun. „Może istnieć automat Fredkin-Wolfram rozłożony w wielu alternatywnych wszechświatach, dając powtarzający się czas fizyczny z niekończącymi się powtórzeniami wszystkich możliwych zdarzeń fizycznych” – napisał Brown na blogu społeczności FQXi., Przypuszcza się, że wczesny wszechświat miał znacznie więcej rzeczywistej materii niż dzisiaj, co stanowi potężny sygnał radiowy.

ryk przestrzeni może być „pierwszym wielkim sukcesem empirycznym M-teorii”, szerokiej struktury matematycznej obejmującej teorię strun.

ale jeśli to jest zbyt daleko, istnieją inne teorie, aby dostać swoje zęby., „Radio astronomowie spojrzeli na niebo i zidentyfikowali kilka rodzajów źródeł synchrotronowych”, powiedział Fixsen.

promieniowanie synchrotronowe jest łatwe do wykonania. „Wszystko, czego potrzebujesz, to energetyczne cząstki i pole magnetyczne, a wszędzie są energiczne cząstki, wytwarzane przez supernowe, wiatry gwiazdowe, czarne dziury, a nawet gwiazdy OB, które są gorącymi, masywnymi gwiazdami typu widmowego O lub wczesnego typu B. „przestrzeń międzygalaktyczna wydaje się być wypełniona bardzo gorącym gazem, więc jeśli międzygalaktyczne pola magnetyczne są wystarczająco silne , mogą generować płynne promieniowanie synchrotronowe”, powiedział.,

wiadomo również, że promieniowanie synchrotronowe jest związane z produkcją gwiazd. „To również generuje promieniowanie podczerwone, stąd ścisła korelacja”, powiedział Fixsen. „Ale być może pierwsze gwiazdy generowały promieniowanie synchrotronowe, ale zanim powstały metale, nie generowały zbyt dużo promieniowania podczerwonego. A może jest jakiś proces, o którym jeszcze nie pomyśleliśmy.”

co nam to daje?, „Możliwe źródła obejmują albo rozproszone mechanizmy na dużą skalę, takie jak turbulentnie łączące się gromady galaktyk, albo zupełnie nową klasę nieznanych dotąd niewiarygodnie licznych pojedynczych źródeł emisji radiowych we wszechświecie”, powiedział Singal. „Ale cokolwiek w tym względzie jest obecnie wysoce spekulacyjne, a niektóre sugestie, które zostały podniesione, obejmują anihilację ciemnej materii, supernowe pierwszych generacji gwiazd i wiele innych.,”

niektórzy naukowcy sugerowali, że źródłem mogą być gazy w dużych gromadach galaktyk, chociaż jest mało prawdopodobne, aby Instrumenty ARCADE ' a były w stanie wykryć promieniowanie z którejkolwiek z nich. Podobnie, istnieje prawdopodobieństwo, że sygnał został wykryty od najwcześniejszych gwiazd lub że pochodzi on z wielu skądinąd słabych galaktyk radiowych, których akumulacyjny efekt jest wychwytywany. Ale gdyby tak było, musiałyby być niesamowicie szczelnie zapakowane, do tego stopnia, że nie ma między nimi luki, co wydaje się mało prawdopodobne.,

jak 13-letnia tajemnica zostanie rozwiązana

„oczywiście istnieje również możliwość, że doszło do zbiegu błędów między ARCADE i innych pomiarów do tej pory, które błędnie mierzyły poziom radia.tła synchrotronowego”-powiedział Singal., „Wydaje się to mało prawdopodobne, biorąc pod uwagę, że są to bardzo różne instrumenty mierzące w całkiem różnych pasmach częstotliwości.”

niezależnie od tego, jaki jest sygnał, powoduje również problemy w wykrywaniu innych obiektów kosmicznych. Jak wskazywało NASA w przeszłości, najwcześniejsze gwiazdy są ukryte za rykiem kosmicznym, co czyni je trudniejszymi do wykrycia. To tak, jakby wszechświat dawał jedną ręką i brał drugą, ale odkrycie czegoś tak niezwykłego jest niezwykle ekscytujące., Kiedy wykluczamy pochodzenie z pierwotnych gwiazd i znanych źródeł radiowych, takich jak gaz w najbardziej oddalonym halo naszej galaktyki, jest to zagadka, którą każdy naukowiec rozkoszowałby się z rozkoszą.

„poza tym, myślę, że możemy potrzebować jakiejś genialnej hipotezy nowego pochodzenia, że nikt jeszcze nie pomyślał.”