Rugido espacial: a NASA detectou o som mais alto do universo, mas o que é?
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No espaço, ninguém pode ouvi-lo gritar, mas com o equipamento certo, é possível detectar um rugido. Isso é o que os cientistas descoberto em 2006 quando começaram a procurar sinais distantes no universo usando um instrumento complexo fixo a um enorme balão enviado ao espaço. O instrumento foi capaz de captar ondas de rádio do calor de estrelas distantes, mas o que aconteceu naquele ano foi nada menos que surpreendente.
Quando o instrumento escutou a uma altura de cerca de 37 quilômetros, captou um sinal seis vezes mais alto do que o esperado pelos cosmólogos. Como era alto demais para ser estrelas precoces e muito maior do que a emissão de rádio combinada prevista de galáxias distantes, o sinal poderoso causou grande confusão. E os cientistas ainda não sabem o que está causando isso, ainda hoje. Além disso, isso poderia dificultar os esforços para procurar sinais das primeiras estrelas que se formaram após o Grande explosão.
O instrumento que detectou o misterioso sinal de rugido foi o Radiômetro Absoluto para Cosmologia, Astrofísica e Emissão Difusa (ARCADE), que a NASA construiu para estender o estudo da espectro cósmico de fundo de microondas em frequências mais baixas.
Os objetivos científicos da missão – quando o ARCADE flutuou acima atmosfera da Terra, livres de interferências do nosso planeta – encontravam calor da primeira geração de estrelas, procuravam relíquias da física de partículas do Grande explosão e observe a formação das primeiras estrelas e galáxias. Atingiu esses objetivos, examinando 7% do céu noturno em busca de sinais de rádio, pois a luz distante se transforma em ondas de rádio, pois perde energia à distância.
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O som da NASA do espaço
A ARCADE conseguiu fazer medições de "nível zero absolutamente calibrado", o que significa que estava medindo o brilho real de algo em termos físicos reais, e não em termos relativos. Isso era diferente dos radiotelescópios típicos, que observam e contrastam dois pontos no céu. Ao olhar para toda a "luz" e compará-la com uma fonte de corpo negro, a ARCADE pôde ver a combinação de muitas fontes escuras. Foi então que a intensidade de um sinal em particular se tornou aparente, embora por muitos meses.
"Embora possa ser um bom filme nos surpreender quando vemos o medidor de luz chegar a um valor seis vezes maior do que o esperado, na verdade passamos anos nos preparando para o nosso voo de balão e uma noite muito movimentada captando dados", afirmou. Cientista da NASA Dale J. Fixsen. "Foram necessários meses de análise de dados para primeiro separar os efeitos instrumentais do sinal e depois separar a radiação galáctica do sinal. Portanto, a surpresa foi gradualmente revelada ao longo de meses". Dito isto, o impacto ainda era enorme.
Desde então, os cientistas têm procurado ver de onde vem a radiação enquanto tentam descrever as propriedades do sinal. O último tornou-se aparente rapidamente.
"É um sinal difuso vindo de todas as direções, portanto não é causado por nenhum objeto", disse Al Kogut, que chefiou a equipe da ARCADE na Centro de Vôo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland. "O sinal também possui um espectro de frequência, ou 'cor', que é semelhante à emissão de rádio de nossa própria galáxia Via Láctea. "
Os cientistas chamam o sinal de "fundo síncrotron de rádio" – o fundo é uma emissão de muitas fontes individuais e se mistura em um brilho difuso. Porém, como o "rugido espacial" é causado pela radiação síncrotron, um tipo de emissão de partículas carregadas de alta energia nos campos magnéticos e como cada fonte possui o mesmo espectro característico, é difícil identificar a origem desse sinal intenso.
"Sabe-se desde o final da década de 1960 que a emissão de rádio combinada de galáxias distantes deve formar um fundo difuso de rádio vindo de todas as direções", disse Kogut ao All About Space em um email. "O rugido espacial é semelhante a este sinal esperado, mas não parece haver seis vezes mais galáxias no universo distante para compensar a diferença, o que poderia apontar para algo novo e emocionante como fonte".
O balão da missão Radiômetro Absoluto para Cosmologia, Astrofísica e Emissão Difusa (ARCADE) é inflado antes do lançamento (Crédito da imagem: NASA)
O rugido espacial vem da Via Láctea?
Se esta fonte está ou não dentro ou fora da Via Láctea está em debate.
"Existem bons argumentos por que não pode vir da Via Láctea e bons argumentos por que não pode vir de fora da galáxia", disse Kogut.
Uma razão pela qual provavelmente não vem de nossa galáxia é porque o rugido parece não seguir a distribuição espacial das emissões de rádio da Via Láctea. Mas ninguém está dizendo com certeza que o sinal não é de uma fonte mais próxima de casa – apenas que o dinheiro inteligente está nele vindo de outro lugar.
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"Eu não diria muito bem que os cientistas descartaram amplamente a possibilidade de o fundo do rádio síncrotron se originar de nossa galáxia", disse Jack Singal, professor assistente de física da Universidade de Richmond, na Virgínia, que recentemente liderou um workshop sobre o assunto. importam. "No entanto, eu diria que essa explicação parece ser menos provável.
"A principal razão é que isso tornaria nossa galáxia completamente diferente de qualquer galáxia espiral semelhante, que, até onde podemos dizer, não exibe o tipo de halo gigante, esférico e emissor de rádio que se estende muito além do disco galáctico que seria necessário. Também existem outras questões, como a de que exigiria uma completa repensação de nossos modelos do campo magnético galáctico ".
Fixsen concorda de todo coração. "Em outras galáxias espirais, existe uma estreita relação entre as emissões de infravermelho e rádio, mesmo em pequenas seções dessas outras", disse ele. "Então, se for de uma auréola em torno de nossa galáxia, tornaria a Via Láctea uma galáxia estranha, enquanto na maioria dos outros aspectos parece uma galáxia espiral 'normal'".
Por esses motivos, os especialistas acham que o sinal é primariamente extragalático. "Isso tornaria o fundo de fótons mais interessante no céu no momento, porque a população fonte é completamente desconhecida", disse Singal. Mas como o universo é tão vasto, isso não restringe muito as coisas, e é por isso que os cientistas têm trabalhado duro para criar várias teorias para a fonte do sinal.
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O físico americano David Brown, por exemplo, disse que o rugido espacial pode ser "o primeiro grande sucesso empírico de Teoria M,"uma ampla estrutura matemática que abrange teoria das cordas. "Pode haver um autômato de Fredkin-Wolfram espalhado por multidões de universos alternativos, gerando tempo físico recorrente com repetições sem fim de todos os eventos físicos possíveis", Brown escreveu no blog da comunidade FQXi. O que isso supõe é que o universo primitivo tinha muito mais matéria real do que hoje, respondendo pelo poderoso sinal de rádio.
O rugido espacial pode ser "o primeiro grande sucesso empírico da teoria M", uma ampla estrutura matemática que abrange a teoria das cordas.
– Físico David Brown
Mas se isso for muito longe, existem outras teorias para você entender. "Os radioastrônomos examinaram o céu e identificaram alguns tipos de fontes síncrotron", disse Fixsen.
A radiação síncrotron é fácil de fazer, disse ele. "Tudo o que você precisa são partículas energéticas e um campo magnético, e existem partículas energéticas por toda parte, produzidas por supernovas, ventos estelares, buracos negros e até estrelas OB", que são estrelas quentes e massivas do tipo espectral O ou do tipo B. "O espaço intergalático parece estar cheio de gás muito quente; portanto, se os campos magnéticos intergaláticos forem fortes o suficiente [stronger than predicted], eles poderiam gerar radiação síncrotron suave ", disse ele.
Sabe-se também que a radiação síncrotron está associada à produção de estrelas. "Isso também gera radiação infravermelha, daí a estreita correlação", disse Fixsen. "Mas talvez as primeiras estrelas tenham gerado radiação síncrotron ainda, antes da produção dos metais, elas não geraram muita radiação infravermelha. Ou talvez haja algum processo em que ainda não pensamos".
Então, o que isso nos deixa? "As fontes possíveis incluem mecanismos difusos de larga escala, como turbulentos aglomerados de galáxias, ou uma classe inteiramente nova de fontes desconhecidas até agora incrivelmente numerosas de emissões de rádio no universo", disse Singal. "Mas qualquer coisa a esse respeito é altamente especulativa no momento, e algumas sugestões que foram levantadas incluem aniquilar a matéria escura, supernovas das primeiras gerações de estrelas e muitas outras".
Alguns cientistas sugeriram gases em grandes aglomerados de galáxias podem ser a fonte, embora seja improvável que os instrumentos da ARCADE pudessem detectar radiação de qualquer um deles. Da mesma forma, há uma chance de que o sinal tenha sido detectado pelas estrelas mais antigas ou que seja originário de muitas galáxias de rádio, de outra forma fracas, cujo efeito acumulativo está sendo captado. Mas se esse fosse o caso, eles teriam que ser embalados incrivelmente bem, a ponto de não haver um intervalo entre eles, o que parece improvável.
Os gases de grandes aglomerados de galáxias poderiam ser a fonte do rugido espacial? (Crédito da imagem: ESA / Hubble e NASA, RELICS)
Como o mistério de 13 anos será resolvido
"É claro, também existe a possibilidade de haver uma coincidência de erros entre o ARCADE e as outras medições até o momento que mediram o nível do fundo do rádio síncrotron", disse Singal. "Isso parece improvável, dado que estes são instrumentos muito diferentes, medindo em faixas de frequência bastante diferentes".
Seja qual for o sinal, ele também está causando problemas quando se trata de detectar outros objetos espaciais. Como a NASA já apontou no passado, as primeiras estrelas estão escondidas atrás do rugido espacial, o que as torna mais difíceis de detectar. É como se o universo estivesse dando com uma mão e levando com a outra, mas descobrir algo tão incomum é imensamente emocionante. Quando você descarta uma origem de estrelas primordiais e fontes de rádio conhecidas, como o gás no halo mais externo da nossa galáxia, é um mistério que qualquer cientista apreciaria com prazer.
"Além disso, acho que podemos precisar de uma nova hipótese brilhante de origem que ninguém tenha pensado ainda."
– Astrofísico Jack Singal
Para que os cientistas finalmente resolvam esse dilema de 13 anos, são necessárias mais pesquisas e evidências. Tal como está, há um debate sobre o envio de ARCADE de volta, devido ao advento de novas tecnologias, e devido ao seu conjunto preciso de instrumentos, imerso em mais de 500 galões de hélio líquido ultra-frio para torná-los ainda mais sensíveis, certamente haveria não seja prejudicial ao fazê-lo.
Mas há também novos projetos emergentes que podem ajudar. "Um deles vai usar o pé de 300 pés [91 meter] rádio telescópio em Green Bank, Virgínia Ocidental, para mapear o céu do rádio com maior precisão do que antes ", disse Kogut." Talvez isso possa lançar alguma luz sobre o mistério ".
Singal certamente espera que sim. Ele está trabalhando no projeto do Green Bank Telescope, usando o maior radiotelescópio de abertura nítida do mundo para medir o nível de fundo como objetivo primário, e não auxiliar. Isso será feito usando uma medição de nível zero definitiva, totalmente calibrada e construída especificamente para os objetivos, feita nas frequências de megahertz (MHz) onde o céu do rádio é mais brilhante. (Um megahertz é igual a um milhão de hertz.)
"Esta medida está atualmente sendo desenvolvida por uma equipe em que estou, utilizando instrumentação personalizada que será montada no telescópio", explicou Singal. Também haverá outra tentativa de medição, essa que visa medir ou limitar ainda mais a chamada "anisotropia", ou variação do fundo do rádio síncrotron, novamente nas frequências de MHz onde ele domina.
"Esse não é o seu nível absoluto, mas as pequenas diferenças de um lugar para outro no céu", disse Singal. "Com alguns colaboradores, estou tentando uma primeira tentativa usando o Array de baixa frequência [LOFAR] na Holanda. Ambas as medições em conjunto podem ajudar a determinar se o fundo do rádio síncrotron é primariamente galáctico ou extragalático. Além disso, acho que podemos precisar de uma nova hipótese brilhante de origem que ninguém tenha pensado ainda. "
Este artigo foi adaptado de uma versão anterior publicada na revista All About Space, uma publicação da Future Ltd.
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