Rugido espacial: a NASA detectou o som mais alto do universo, mas o que é?

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O rugido do espaço torna o espaço seis vezes mais barulhento do que o esperado (Crédito da imagem: Tobias Roetsch / Futuro)

No espaço ninguém ouve você gritar, mas com o equipamento certo é possível detectar um rugido. Isso é o que os cientistas descobriram em 2006, quando começaram a procurar sinais distantes no universo usando um instrumento complexo fixado a um enorme balão que foi enviado ao espaço. O instrumento foi capaz de captar ondas de rádio do calor de estrelas distantes, mas o que veio naquele ano foi nada menos que surpreendente.

Enquanto o instrumento ouvia de uma altura de cerca de 23 milhas (37 quilômetros), ele captou um sinal seis vezes mais alto do que o esperado pelos cosmologistas. Por ser alto demais para ser estrelas primitivas e muito maior do que a emissão de rádio combinada prevista de galáxias distantes, o sinal poderoso causou grande perplexidade. E os cientistas ainda não sabem o que está causando isso, mesmo hoje. Além do mais, pode prejudicar os esforços de busca de 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 do espectro cósmico de fundo de microondas em frequências mais baixas.

Os objetivos científicos da missão - enquanto ARCADE flutuava bem acima da atmosfera da Terra, livre da interferência de nosso planeta - eram encontrar o calor da primeira geração de estrelas, procurar por relíquias da física de partículas do Grande explosão e observe a formação das primeiras estrelas e galáxias. Ele alcançou essas metas examinando 7% do céu noturno em busca de sinais de rádio, uma vez que a luz distante se transforma em ondas de rádio à medida que perde energia com a distância.

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O som da NASA do espaço

O ARCADE foi capaz de fazer medições de 'nível zero absolutamente calibradas', o que significa que estava medindo o brilho real de algo em termos físicos reais, em vez de termos relativos. Isso era diferente dos radiotelescópios típicos, que observam e contrastam dois pontos no céu. Olhando para toda a 'luz' e comparando-a com uma fonte de corpo negro, ARCADE foi capaz de ver a combinação de muitas fontes escuras. Foi então que a intensidade de um determinado sinal tornou-se aparente, embora ao longo de muitos meses.

'Embora possa ser um bom filme nos ver surpresos quando vemos o medidor de luz saltar para um valor seis vezes maior do que o esperado, na verdade passamos anos nos preparando para o nosso vôo de balão e uma noite muito ocupada coletando dados', disse Cientista da NASA Dale J. Fixsen. 'Em seguida, levou meses de análise de dados para primeiro separar os efeitos instrumentais do sinal e, em seguida, para separar a radiação galáctica do sinal. Portanto, a surpresa foi gradualmente revelada ao longo dos meses. ' Dito isso, o impacto ainda foi enorme.

Desde então, os cientistas têm procurado ver de onde vem a radiação enquanto procuram descrever as propriedades do sinal. O último tornou-se evidente rapidamente.

“É um sinal difuso vindo de todas as direções, então não é causado por um único objeto”, disse Al Kogut, que chefiou a equipe ARCADE no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. 'O sinal também tem um espectro de frequência, ou' cor ', que é semelhante à emissão de rádio de nossa própria galáxia, a Via Láctea.'

Os cientistas chamam o sinal de 'fundo de rádio síncrotron' - fundo sendo uma emissão de muitas fontes individuais e se misturando em um brilho difuso. Mas como o 'rugido do espaço' é causado pela radiação síncrotron, um tipo de emissão de partículas carregadas de alta energia em campos magnéticos, e porque todas as fontes têm o mesmo espectro característico, é difícil apontar a origem desse sinal intenso.

'É sabido desde o final dos anos 1960 que a emissão de rádio combinada de galáxias distantes deve formar um fundo de rádio difuso vindo de todas as direções', disse Kogut Tudo sobre o espaço em um e-mail. 'O rugido do espaço 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 excitante como a fonte.'

A missão do Radiômetro Absoluto para Cosmologia, Astrofísica e Emissão Difusa (ARCADE)

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 para explicar por que não pode vir de dentro da Via Láctea e bons argumentos para explicar por que não pode estar vindo de fora da galáxia', disse Kogut.

Uma razão pela qual provavelmente não está vindo de nossa galáxia é porque o rugido não parece seguir a distribuição espacial da emissão 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 está vindo de outro lugar.

Tudo sobre o espaço

Capa da edição 90 de All About Space

(Crédito da imagem: Futuro)

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'Eu não diria que os cientistas descartaram em grande parte 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 conduziu um workshop sobre a matéria. 'No entanto, eu diria que essa explicação parece ser menos provável.

“A principal razão é que tornaria nossa galáxia completamente diferente de qualquer galáxia espiral semelhante, que, pelo que podemos dizer, não exibe o tipo de halo gigante esférico com emissão de rádio que se estende muito além do disco galáctico que seria necessário. Há outras questões também, como a de que seria necessário repensar completamente nossos modelos do campo magnético galáctico.

Fixsen concorda sinceramente. “Em outras galáxias espirais, há uma relação estreita entre o infravermelho e a emissão de rádio, mesmo em pequenas seções dessas outras”, disse ele. 'Então, se for de um halo ao redor de nossa galáxia, isso tornaria a Via Láctea uma galáxia estranha, enquanto na maioria dos outros aspectos ela parece uma galáxia espiral 'normal'.'

Por essas razões, os especialistas acreditam que o sinal é principalmente de origem extragalática. 'Seria o fundo de fótons mais interessante no céu no momento, porque a população de origem 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 arduamente para apresentar várias teorias para a fonte do sinal.

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O físico americano David Brown, por exemplo, disse que o rugido do espaço poderia ser 'o primeiro grande sucesso empírico de Teoria M , 'uma ampla estrutura matemática que abrange teoria das cordas . 'Pode haver um autômato Fredkin-Wolfram espalhado por uma infinidade de universos alternativos, gerando tempo físico recorrente com repetições infinitas 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, o que explica o poderoso sinal de rádio.

O rugido do espaço poderia ser 'o primeiro grande sucesso empírico da teoria M', uma ampla estrutura matemática abrangendo a teoria das cordas.

- Físico David Brown

Mas se isso for muito exagerado, existem outras teorias nas quais você pode enfiar os dentes. 'Radioastrônomos olharam para o céu e identificaram alguns tipos de fontes síncrotron', disse Fixsen.

A radiação síncrotron é fácil de fazer, disse ele. 'Tudo que você precisa é de partículas energéticas e um campo magnético, e existem partículas energéticas em todos os lugares, produzidas por supernovas , ventos estelares, buracos negros , até Estrelas OB , 'que são estrelas quentes e massivas de tipo espectral O ou tipo B.' O espaço intergaláctico parece ser preenchido com gás muito quente, então se os campos magnéticos intergalácticos fossem fortes o suficiente [mais fortes do que o previsto], eles poderiam gerar radiação síncrotron suave ,' ele disse.

Também é conhecido 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 gerassem radiação síncrotron ainda, antes que os metais fossem produzidos, elas não geravam muita radiação infravermelha. Ou talvez haja algum processo em que ainda não pensamos.

Então, o que isso nos deixa? 'As possíveis fontes incluem mecanismos difusos de grande escala, como aglomerados de galáxias que se fundem turbulentamente, ou uma classe inteiramente nova de fontes individuais de emissão de rádio incrivelmente numerosas até agora desconhecidas no universo', disse Singal. 'Mas qualquer coisa a esse respeito é altamente especulativa no momento, e algumas sugestões que foram levantadas incluem aniquilar 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 fossem capazes de detectar a radiação de qualquer um deles. Da mesma forma, há uma chance de que o sinal tenha sido detectado nas primeiras estrelas ou que seja originado de muitas radiogaláxias, de outra forma obscuras, cujo efeito cumulativo está sendo detectado. Mas, se fosse esse o caso, eles teriam que ser embalados de forma incrivelmente apertada, a ponto de não haver lacuna entre eles, o que parece improvável.

Uma imagem do Hubble do aglomerado de galáxias RXC J0232.2-4420

Os gases de grandes aglomerados de galáxias poderiam ser a fonte do rugido espacial?(Crédito da imagem: ESA / Hubble & NASA, RELICS)

Como o mistério de 13 anos será resolvido

'Claro, também existe a possibilidade de que tenha havido uma coincidência de erros entre o ARCADE e as outras medições até agora que mediram mal o nível do fundo do rádio síncrotron', disse Singal. 'Isso parece improvável, visto que se trata de instrumentos muito diferentes, medindo em bandas 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 apontou no passado, as primeiras estrelas estão escondidas atrás do rugido do espaço, o que as torna mais difíceis de detectar. É como se o universo estivesse dando com uma mão e recebendo com outra, mas descobrir algo tão incomum é imensamente emocionante. Quando você está descartando uma origem de estrelas primordiais e fontes de rádio conhecidas, como gás no halo mais externo de nossa galáxia, é um mistério que qualquer cientista saborearia com prazer.

'Além disso, acho que podemos precisar de alguma hipótese nova e brilhante sobre a origem que ninguém pensou ainda.'

- Astrofísico Jack Singal

Para que os cientistas finalmente resolvam esse enigma de 13 anos, mais pesquisas e evidências são extremamente necessárias. Do jeito que está, há um debate sobre o envio de ARCADE de volta devido ao advento de novas tecnologias, e dado 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 há mal nenhum em fazê-lo.

Mas também estão surgindo novos projetos que podem ajudar. 'Um deles usará o radiotelescópio de 91 metros em Banco Verde , West Virginia, para mapear o céu do rádio com maior precisão do que antes ', disse Kogut. 'Talvez isso lance alguma luz sobre o mistério.'

Singal certamente espera que sim. Ele está trabalhando no projeto Green Bank Telescope, usando o maior radiotelescópio de abertura clara do mundo para medir o nível do plano de fundo como objetivo principal, em vez de objetivo auxiliar. Ele fará isso usando uma medição de nível zero definitiva, feita sob medida e absolutamente calibrada, feita nas frequências megahertz (MHz), onde o céu de rádio é mais brilhante. (Um megahertz é igual a um milhão de hertz.)

'Esta medição está sendo desenvolvida por uma equipe da qual faço parte, utilizando instrumentação personalizada que será montada no telescópio', explicou Singal. Haverá também outra tentativa de medição, esta procurando medir ou limitar ainda mais a chamada 'anisotropia', ou variação do fundo do rádio síncrotron, novamente nas frequências MHz onde ele domina.

'Esse não é seu nível absoluto, mas sim as pequenas diferenças de um lugar para outro no céu', disse Singal. 'Com alguns colaboradores, estou tentando uma primeira tentativa usando o Matriz de baixa frequência [LOFAR] na Holanda. Ambas as medições em conjunto podem ajudar a definir se o fundo do rádio síncrotron é principalmente de origem galáctica ou extragaláctica. Além disso, acho que podemos precisar de alguma hipótese nova e brilhante sobre a origem, na qual ninguém ainda pensou.

Recursos adicionais:

Este artigo foi adaptado de uma versão anterior publicada na revista All About Space, uma publicação Future Ltd..