Ruggito spaziale. Ascoltato il più forte rumore dallo spazio

L'esperimento ARCADE, gestito dalla NASA, ha ascoltato il più forte rumore emesso nello spazio. Molte le ipotesi sulle sue origini

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Nel 2006, alcuni scienziati hanno avviato delle ricerche per determinare, nell’universo, segnali distanti, attraverso l’uso di un complesso strumento fissato a un enorme pallone inviato nello spazio. Questo strumento era in grado di captare le onde radio dal calore emesso da stelle lontane.

Durante la sua attività di ascolto, ad una quota di 37 chilometri, lo strumento ha captato un segnale di intensità pari a sei volte quella prevista dai cosmologi. Questa intensità non era attribuibile a stelle primordiali ed era molto più grande dell’emissione combinata di onde radio proveniente dalle galassie lontane; il che ha destato non poche perplessità nella comunità scientifica, che ancora oggi non è in grado di spiegare la provenienza di quel segnale. Inoltre, questo segnale potrebbe ostacolare gli sforzi sostenuti nella ricerca dei segnali provenienti dalle prime stelle che si sono formate dopo il Big Bang.

Lo strumento che ha rilevato questo misterioso segnale ruggente, è l’Absolute Radiometer for Cosmology, Astrophysics and Diffuse Emission (ARCADE), costruito dalla NASA per migliorare lo studio sullo spettro della radiazione cosmica di fondo alle basse frequenze e operante sopra l’atmosfera terrestre, libero da ogni interferenza del pianeta.

Gli obiettivi scientifici della missione erano quelli di trovare energia termica dalle stelle di prima generazione, cercare i primordi della fisica delle particelle dal Big Bang e osservare la formazione delle prime stelle e delle prime galassie. Questi obiettivi sono stati raggiunti mediante la scansione del 7% del cielo notturno per le onde radio, poiché la luce lontana si trasforma in onde radio in quanto, con la distanza, perde energia.

ARCADE è stato in grado di misurare la luminosità reale degli oggetti osservati, in termini fisici diretti, piuttosto che in termini relativi, a differenza dei tipici radio telescopi, che osservano, e poi confrontano, due punti nel cielo. Osservando tutta la luce e confrontandola con una sorgente di corpo nero, ARCADE è stato in grado di osservare la combinazione di diverse sorgenti deboli. È in quel determinato caso che un particolare segnale si evidenzia.



La preparazione del pallone, per mezzo del quale ARCADE è stato inviato nello spazio, ha impegnato i ricercatori per diversi anni e ci sono voluti inoltre diversi mesi di analisi dei dati, dapprima per separare gli effetti strumentali e poi la radiazione delle galassie dal segnale. In questo modo, la sorpresa degli scienziati nel ritrovarsi di fronte a un segnale sei volte più intenso di quanto atteso, è stata vissuta gradualmente.

Da quel momento, l’impegno degli scienziati si è rivolto alla individuazione della sorgente e delle proprietà del segnale rilevato. Queste ultime, a dire il vero, si sono manifestate rapidamente.

Al Kogut, responsabile del gruppo ARCADE presso il Goddard Space Flight Center della NASA, a Greenbelt (Maryland), afferma che si tratta di un segnale proveniente da ogni direzione, e quindi non generato da una sola sorgente. Inoltre, esso presenta uno spettro di frequenza simile a quello delle emissioni radio della nostra Via Lattea.

Gli scienziati chiamano questo segnale fondo di radio sincrotrone – fondo, poiché si tratta di un’emissione da differenti sorgenti puntuali che insieme danno vita a un diffuso bagliore. Ma, dal momento che il ruggito spaziale è generato da una radiazione di sincrotrone, un tipo di emissione dovuta a particelle cariche ad alta energia all’interno di un campo magnetico, e poiché ogni sorgente ha lo stesso spettro caratteristico, risulta difficile individuare l’origine di questo segnale così intenso.

Dalla fine degli anni Sessanta si sa che l’emissione combinata di onde radio, proveniente da galassie lontane, dà origine a una radiazione di fondo diffusa, che si propaga da ogni direzione. Il ruggito spaziale ascoltato è molto simile a questo segnale, ma non sembra che ci siano nel lontano universo un numero di galassie sei volte superiore per giustificare l’intensità di questo segnale; questo significa che deve esserci una qualche nuova sorgente.

Il dibattito sull’argomento si riferisce alla possibilità, o meno, che tale segnale provenga dalla Via Lattea. Vi sono infatti diversi argomenti che escludono la possibilità di una provenienza dalla Via Lattea, ma altrettante motivazioni per le quali il segnale non possa provenire da una sorgente esterna alla galassia.

Una ragione per cui tale segnale non possa provenire dalla nostra galassia è che esso non sembra seguire la distribuzione spaziale dell’emissione radio della Via Lattea. Ma nessuno ha mai detto con certezza che il segnale non proviene da una sorgente molto vicina.

Un altro motivo, che rende poco probabile la provenienza del segnale dalla nostra galassia, è che in questo modo essa non potrebbe avere la forma a spirale che invece possiede; dovrebbe invece possedere un’enorme forma sferica, tipica di una sorgente che emette onde radio. Inoltre, l’ipotesi di una sorgente del segnale interna alla galassia, dovrebbe richiedere il ripensamento dei nostri modelli di campo magnetico galattico.

Nelle altre galassie a spirale, esiste una stretta relazione tra l’emissione di onde radio e infrarosse, anche se in piccole sezioni delle stesse. Quindi, se il segnale provenisse dalla Via Lattea, essa dovrebbe essere una galassia anomala, mentre, sotto tutti gli altri aspetti, è una normale galassia a spirale.

Per le ragioni sopra esposte, gli esperti sono convinti che il segnale provenga da una sorgente al di fuori della nostra galassia, rendendolo quindi il più interessante fondo di fotoni finora conosciuto. Ma, data la vastità dell’universo, non si possono avere delle certezze definitive e per questo motivo gli scienziati mettono in campo molteplici teorie per scoprire la sorgente del segnale.

Secondo il fisico americano David Brown, il ruggito spaziale potrebbe rappresentare il primo grande successo sperimentale della teoria-M, un’ampia architettura matematica che comprende anche la teoria delle stringhe. Questa soluzione porterebbe a ipotizzare un universo primordiale con una maggiore quantità di materia rispetto a quella odierna, responsabile dell’emissione del potente segnale radio.

Dal momento che la radiazione di sincrotrone può avere molteplici origini, diverse sono anche le teorie legate alla natura del segnale oggetto di studio. Per la produzione di una radiazione di sincrotrone è sufficiente disporre di particelle ad alta energia e di un campo magnetico. Le particelle ad alta energia si possono trovare ovunque; prodotte da supernove, da venti stellari, da buchi neri, e da stelle OB, ovvero quelle stelle di enormi dimensioni e calde che appartengono alla categoria spettrale di tipo O o di tipo B. Lo spazio intergalattico sembra essere pieno di gas molto caldo, quindi se i campi magnetici intergalattici fossero stati sufficientemente intensi, essi avrebbero potuto generare una radiazione di sincrotrone.

Inoltre, si sa che la radiazione di sincrotrone è associata alla produzione di stelle, che a sua volta genera radiazione di infrarosso, da cui la stretta correlazione. Può anche darsi che le prime stelle avessero generato della radiazione di sincrotrone, prima della formazione dei metalli, senza generare molta radiazione di infrarosso. Oppure, vi sono dei processi che ancora non sono stati compresi.

Le possibili sorgenti di segnale possono essere sia meccanismi diffusi a larga scala, tipo aggregati di galassie che si fondono in modo turbolento, oppure una nuova categoria di numerose, singole, sorgenti sconosciute di emissioni radio, presenti nell’universo. Ma, al momento, qualunque soluzione è altamente speculativa, e alcune ipotesi fanno riferimento all’annichilazione della materia oscura, di supernove da stelle di prima generazione e molte altri meccanismi.

Alcuni scienziati ritengono che le sorgenti di questo segnale possano essere i gas che si trovano nei grandi aggregati di galassie, sebbene sia poco probabile che gli strumenti ARCADE siano in grado di rilevare la radiazione proveniente da alcuna di queste galassie. Allo stesso modo, vi è anche la possibilità che il segnale sia rilevato dalle stelle primordiali e che sia originato da una moltitudine di galassie deboli, di cui viene captato l’effetto cumulativo. Se fosse vera questa descrizione, queste galassie dovrebbero essere molto vicine, tanto da non avere alcuno spazio fra di loro; ma questa configurazione non sembra possibile.

Ovviamente, c’è da considerare anche l’ipotesi di una coincidenza di errori tra l’esperimento ARCADE e le altre misurazioni che sono state effettuate finora, che hanno misurato erroneamente il livello del fondo di sincrotrone, anche se questa eventualità sembra essere poco probabile, visto che si tratta di strumenti differenti, che lavorano in bande di frequenza molto diverse.

Qualunque sia il segnale, esso sta comunque causando una serie di problemi nelle osservazioni degli altri oggetti spaziali. Come già evidenziato dalla NASA, le stelle primordiali sono nascoste dietro il ruggito spaziale, e ciò rende più complicato il loro studio. Nonostante queste problematiche, comunque rimane il fatto che è stato scoperto qualcosa di nuovo e inusuale, e questo è sufficiente a destare il giusto entusiasmo tra i ricercatori.

È ancora necessario accrescere la ricerca per risolvere questo enigma, che dura da più di 13 anni. Al momento, si sta valutando l’ipotesi di far rientrare ARCADE, visto il susseguirsi di nuove tecnologie, e, considerato il suo set preciso di strumenti, immersi in più di 1900 litri di elio liquido ultra freddo, per renderli più sensibili, l’idea non sarebbe sbagliata.

Ma esistono pure altri nuovi progetti che potrebbero aiutare la ricerca. Uno di questi, su cui sta lavorando Jack Singal, farà uso del radio telescopio di 39 metri posizionato a Green Bank (West Virginia) per mappare, con una precisione mai raggiunta finora, il cielo alla frequenza radio. Il Green Bank Telescope è il radio telescopio con la più ampia apertura esistente al mondo, il cui obiettivo principale è quello di misurare il livello del fondo cosmico. Per fare ciò utilizzerà una misurazione a livello zero definitiva, costruita appositamente per l’obiettivo e assolutamente calibrata, presa alle frequenze megahertz (MHz), dove il cielo alla frequenza radio è più luminoso.

Singal ha spiegato che queste misurazioni verranno effettuate utilizzando una specifica strumentazione che verrà installata sul telescopio. Un altro tipo di misurazione cercherà di misurare, o limitare ulteriormente la cosiddetta anisotropia, o variazione del fondo radio di sincrotrone, ancora alle frequenze Mhz.

Un altro tentativo verrà effettuato con il Low-Frequency Array (LOFAR), posizionato in Olanda. Si spera che l’insieme di queste misurazioni possa finalmente aprire una finestra sul definire se il fondo radio di sincrotrone ha origini galattiche o extragalattiche. In caso di fallimento di tutti questi tentativi, sarà necessario ricorrere a nuove brillanti ipotesi, che al momento nessuno è stato in grado di formulare.

Fonte: space.com

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