Space roar: NASA upptäckte det högsta ljudet i universum, men vad är det?

i rymden kan ingen höra dig skrika, men med rätt utrustning är det möjligt att upptäcka ett brus. Det är vad forskare upptäckte redan 2006 när de började leta efter avlägsna signaler i universum med hjälp av ett komplext instrument fixat till en stor ballong som skickades till rymden. Instrumentet kunde plocka upp radiovågor från värmen av avlägsna stjärnor, men det som kom igenom det året var inget annat än häpnadsväckande.,

när instrumentet lyssnade från en höjd av ca 23 miles (37 kilometer) plockade det upp en signal som var sex gånger högre än förväntat av kosmologer. Eftersom det var för högt för att vara tidiga stjärnor och mycket större än den förutsagda kombinerade radioutsläpp från avlägsna galaxer, orsakade den kraftfulla signalen stor förbryllande. Och forskare vet fortfarande inte vad som orsakar det, även idag. Dessutom kan det hindra ansträngningarna att söka efter signaler från de första stjärnorna som bildades efter Big Bang.,

instrumentet som upptäckte den mystiska brutsignalen var den absoluta radiometern för kosmologi, astrofysik och diffus Emission (ARCADE), som NASA byggde för att förlänga studien av det kosmiska mikrovågsbakgrundsspektrumet vid lägre frekvenser.

uppdragets vetenskapliga mål-som ARCADE flöt högt över jordens atmosfär, utan störningar från vår planet – var att hitta värme från den första generationen av stjärnor, söka efter partikelfysik reliker från Big Bang och observera bildandet av de första stjärnorna och galaxer., Det uppnådde dessa mål genom att skanna 7% av natthimlen för radiosignaler, eftersom avlägset ljus blir radiovågor eftersom det förlorar energi över avstånd.

relaterat: Big Bang: vad hände verkligen vid vårt universums födelse?

NASA: s ljud från rymden

ARCADE kunde göra ”absolut kalibrerade nollnivå” mätningar, vilket innebär att det mätte den faktiska ljusstyrkan hos något i verkliga fysiska termer snarare än relativa termer. Detta skiljer sig från typiska radioteleskop, som observerar och kontrasterar två punkter på himlen., Genom att titta på alla ”ljus” och jämföra den med en blackbody källa, ARCADE kunde se kombinationen av många dim källor. Det var då att intensiteten hos en viss signal blev uppenbar, om än under många månader.

”Även om det kan göra en bra film för att se oss förvånad när vi ser ljusmätaren pop över till ett värde sex gånger vad som förväntades, vi faktiskt tillbringade år redo för vår ballong flygning och en mycket upptagen natt tar data”, säger NASA vetenskapsman Dale J. Fixsen. , ”Det tog sedan månader av dataanalys för att först separera instrumentella effekter från signalen och sedan separera galaktisk strålning från signalen. Så överraskningen avslöjades gradvis över månader.”Med det sagt var effekten fortfarande enorm.

sedan dess har forskare tittat på var strålningen kommer ifrån medan man tittar på att beskriva signalens egenskaper. Den senare blev uppenbar ganska snabbt.,

”det är en diffus signal som kommer från alla håll, så det orsakas inte av något enda objekt”, säger Al Kogut, som ledde ARKADLAGET på NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. ”Signalen har också ett frekvensspektrum, eller ”färg”, som liknar radioutsläpp från vår egen Vintergalax.”

forskare kallar signalen” radio synkrotron background ” — bakgrund som ett utsläpp från många enskilda källor och blandar ihop till en diffus glöd., Men eftersom ”space roar” orsakas av synkrotronstrålning är en typ av utsläpp från högenergiladdade partiklar i magnetfält, och eftersom varje källa har samma karakteristiska spektrum är det svårt att fastställa ursprunget till denna intensiva signal.

” det har sedan slutet av 1960-talet varit känt att det kombinerade radioutsläppet från avlägsna galaxer skulle bilda en diffus radiobakgrund som kommer från alla håll”, berättade Kogut allt om rymden i ett mail., ”Rymdröret liknar den förväntade signalen, men det verkar inte finnas sex gånger fler galaxer i det avlägsna universum för att kompensera skillnaden, vilket kan peka på något nytt och spännande som källan.”

kommer rymdröret från Vintergatan?,

huruvida denna källa är inne eller utanför Vintergatan diskuteras.

”det finns goda argument varför det inte kan komma inifrån Vintergatan, och bra argument för varför det inte kan komma från utanför galaxen”, sa Kogut.

en anledning till att det förmodligen inte kommer inifrån vår galax är att bruset inte verkar följa den rumsliga fördelningen av Vintergatan radioutsläpp. Men ingen säger säkert att signalen inte är från en källa närmare hemmet-bara att de smarta pengarna kommer från någon annanstans.,

”Jag skulle inte riktigt säga att forskare i stor utsträckning har uteslutit möjligheten att radiosynkrotronbakgrunden härstammar från vår galax”, säger Jack Singal, en biträdande professor i fysik vid University of Richmond i Virginia, som nyligen ledde en workshop i frågan. ”Men jag skulle säga att denna förklaring verkar vara mindre sannolikt.,

” den främsta orsaken är att det skulle göra vår galax helt olik någon liknande spiralgalax, som såvitt vi kan säga inte uppvisar den typ av jätte, sfärisk, radio-emitterande halo som sträcker sig långt bortom den galaktiska disken som skulle krävas. Det finns också andra frågor, som att det skulle kräva en fullständig omprövning av våra modeller av det galaktiska magnetfältet.”

Fixsen instämmer helhjärtat. ”I andra spiralgalaxer finns det ett nära samband mellan infrarött och radioutsläpp, även i små delar av dessa andra”, sa han., ”Så, om det är från en halo runt vår galax, skulle det göra Vintergatan till en konstig galax, medan det i de flesta andra avseenden verkar som en ”normal” spiralgalax.”

av dessa skäl tror experter att signalen främst är extragalaktisk ursprung. ”Det skulle göra det till den mest intressanta fotonbakgrunden på himlen just nu eftersom källpopulationen är helt okänd”, sa Singal. Men eftersom universum är så stort begränsar detta inte exakt saker så mycket, varför forskare har arbetat hårt för att komma med flera teorier för signalens källa.,

relaterat: mystiska djuprymdsblixtar upprepas var 157: e dag

amerikanske fysikern David Brown sa till exempel att rymdröret kunde vara ”den första stora empiriska framgången för M-theory”, en bred matematisk ram som omfattar strängteori. ”Det kan vara en Fredkin-Wolfram automat spridda över mängder av alternativa universum, vilket ger återkommande fysisk tid med ändlösa repetitioner av alla möjliga fysiska händelser,” Brown skrev på FQXi Gemenskapen blogg., Vad detta förutsätter är att det tidiga universum hade mycket mer verklig materia än idag, står för den kraftfulla radiosignalen.

rymdröret kan vara ”den första stora empiriska framgången för M-theory”, ett brett matematiskt ramverk som omfattar strängteori.

men om det är för långt ute finns det andra teorier för att få in tänderna i., ”Radio astronomer har tittat på himlen och har identifierat ett par typer av synkrotronkällor”, sa Fixsen.

synkrotronstrålning är lätt att göra, sa han. ”Allt du behöver är energiska partiklar och ett magnetfält, och det finns energiska partiklar överallt, som produceras av supernovor, stjärnvindar, svarta hål, även ob-stjärnor”, som är heta, massiva stjärnor av spektral typ O eller tidig typ B. ”intergalaktiskt utrymme verkar vara fyllt med mycket varm gas, så om intergalaktiska magnetfält var starka nog kan de generera jämn synkrotronstrålning”, sa han.,

det är också känt att synkrotronstrålning är förknippad med stjärnproduktion. ”Detta genererar också infraröd strålning, därav den nära korrelationen”, sa Fixsen. ”Men kanske de första stjärnorna genererade synkrotronstrålning ännu, innan metaller producerades, alstrade de inte så mycket infraröd strålning. Eller kanske finns det någon process som vi inte har tänkt på ännu.”

Så vad lämnar detta oss med?, ”Möjliga källor inkluderar antingen diffusa storskaliga mekanismer som turbulent sammanslagning av galaxhopar, eller en helt ny klass av hittills okända otroligt många enskilda källor till radioutsläpp i universum”, sa Singal. ”Men allt i det avseendet är mycket spekulativt just nu, och några förslag som har tagits upp inkluderar förintande mörk materia, supernovor av de första generationerna av stjärnor och många andra.,”

vissa forskare har föreslagit att gaser i stora galaxhopar kan vara källan, även om det är osannolikt att ARCADE ’ s instrument skulle ha kunnat upptäcka strålning från någon av dem. På samma sätt finns det en chans att signalen upptäcktes från de tidigaste stjärnorna eller att den härrör från många annars svaga radiogalaxer, vars ackumulerade effekt hämtas. Men om så var fallet måste de packas otroligt tätt, så att det inte finns något gap mellan dem, vilket verkar osannolikt.,

hur det 13-åriga mysteriet kommer att lösas

”det finns naturligtvis också möjlighet att det har varit en slump av fel bland Arkad och de andra mätningarna hittills som har missmätat nivån på radiosynkrotronbakgrunden, säger Singal., ”Detta verkar osannolikt, eftersom det här är mycket olika instrument som mäter i ganska olika frekvensband.”

vad signalen än är, orsakar den också problem när det gäller att upptäcka andra rymdobjekt. Som NASA har påpekat i det förflutna, de tidigaste stjärnorna är dolda bakom utrymmet vrål, och det gör dem svårare att upptäcka. Det är som om universum ger med ena handen och tar med en annan, men att ha upptäckt något så ovanligt är oerhört spännande., När du utesluter ett ursprung från primordiala stjärnor och kända radiokällor som gas i vår galaxens yttersta halo, är det ett mysterium som någon vetenskapsman skulle njuta av med relish.

”utöver det tror jag att vi kanske behöver någon lysande ny ursprungshypotes som ingen har tänkt på ännu.”

för att forskare äntligen ska kunna lösa detta 13-åriga konundrum behövs mer forskning och bevis., Som det står, det finns en debatt om att skicka ARCADE tillbaka upp med tanke på tillkomsten av ny teknik, och med tanke på dess exakta uppsättning instrument, nedsänkt i mer än 500 gallon av ultra-kall vätska helium för att göra dem ännu mer känsliga, det skulle verkligen inte vara någon skada i att göra det.

men det finns också nya projekt som kan hjälpa till. ”En av dem kommer att använda 300-fots radioteleskopet vid Green Bank, West Virginia, för att kartlägga radiohimlen till högre precision än tidigare”, sa Kogut. ”Kanske detta kommer att kasta lite ljus på mysteriet.”

Singal hoppas verkligen det., Han arbetar med projektet Green Bank Telescope, med det största clear-aperture-radioteleskopet i världen för att mäta bakgrundsnivån som ett primärt, snarare än tillhörande mål. Det kommer att göra detta med hjälp av en definitiv, specialbyggd, absolut kalibrerad nollnivåmätning som tas vid megahertz (MHz) frekvenser där radiohimlen är ljus. (En megahertz är lika med en miljon hertz.)

”denna mätning utvecklas för närvarande av ett team som jag är på, med hjälp av anpassad instrumentering som kommer att monteras på teleskopet”, förklarade Singal., Det kommer också att bli ett annat mätförsök, den här som vill mäta eller ytterligare begränsa den så kallade ”anisotropi” eller variationen av radiosynkrotronbakgrunden, igen vid MHz-frekvenserna där den dominerar.

”det är inte dess absoluta nivå, utan snarare de små skillnaderna från plats till plats i himlen”, sa Singal. ”Med några medarbetare försöker jag ett första försök att använda Lågfrekvensmatrisen i Nederländerna., Båda dessa mätningar i konsert kan hjälpa till att spika ner om radiosynkrotronbakgrunden främst är galaktisk eller extragalaktisk ursprung. Utöver det tror jag att vi kanske behöver någon lysande ny ursprung hypotes som ingen har tänkt på ännu.,”

ytterligare resurser:

• Läs mer om den absoluta radiometern för kosmologi, astrofysik och diffus Emission (ARCADE) uppdrag från NASA: s Goddard Space Flight Center
• Läs mer om synkrotron strålning med National Radio Astronomy Observatory (NRAO)
• upptäck mer om lågfrekventa Array (LOFAR) radioteleskop från ASTRON Netherlands Institute for Radio Astronomy

den här artikeln har anpassats från en tidigare version publicerad i all about space magazine, a future Ltd. publikation.,