Non molte persone pensano alle microonde cosmiche mentre danno il cibo per il pranzo ogni giorno. Lo stesso tipo di radiazione utilizzata da un forno a microonde per zappare un burrito aiuta gli astronomi a esplorare l'universo. È vero: le emissioni di microonde dallo spazio esterno aiutano a dare una sbirciatina all'infanzia del cosmo.
Caccia ai segnali a microonde
Un affascinante insieme di oggetti emette microonde nello spazio. La fonte più vicina di microonde non sotterranea è il nostro sole. Le lunghezze d'onda specifiche delle microonde che emette sono assorbite dalla nostra atmosfera. Il vapore acqueo nella nostra atmosfera può interferire con il rilevamento della radiazione a microonde dallo spazio, assorbendola e impedendole di raggiungere la superficie terrestre. Ciò ha insegnato agli astronomi che studiano le radiazioni a microonde nel cosmo per posizionare i loro rivelatori ad alta quota sulla Terra o nello spazio.
D'altro canto, i segnali a microonde che possono penetrare nelle nuvole e nel fumo possono aiutare i ricercatori a studiare le condizioni sulla Terra e migliorare le comunicazioni via satellite. Si scopre che la scienza delle microonde è utile in molti modi.
I segnali a microonde arrivano con lunghezze d'onda molto lunghe. Il loro rilevamento richiede telescopi molto grandi perché la dimensione del rivelatore deve essere molte volte maggiore della lunghezza d'onda della radiazione stessa. I più noti osservatori di astronomia a microonde sono nello spazio e hanno rivelato dettagli su oggetti ed eventi fino all'inizio dell'universo.
Emettitori di microonde cosmiche
Il nostro centro galassia della Via Lattea è una fonte a microonde, sebbene non sia così estesa come in altre galassie più attive. Il nostro buco nero (chiamato Sagittario A *) è abbastanza silenzioso, come vanno queste cose. Non sembra avere un getto enorme, e si nutre solo occasionalmente di stelle e altro materiale che passa troppo vicino.
Le pulsar (stelle di neutroni rotanti) sono fonti molto forti di radiazione a microonde. Questi oggetti potenti e compatti sono secondi solo ai buchi neri in termini di densità. Le stelle di neutroni hanno potenti campi magnetici e velocità di rotazione elevate. Producono un ampio spettro di radiazioni, con l'emissione di microonde particolarmente forte. La maggior parte delle pulsar viene generalmente definita "radio pulsar" a causa delle forti emissioni radio, ma può anche essere "a microonde".
Molte affascinanti fonti di microonde si trovano ben al di fuori del nostro sistema solare e della galassia. Ad esempio, galassie attive (AGN), alimentate da buchi neri supermassicci ai loro nuclei, emettono forti esplosioni di microonde. Inoltre, questi motori a buco nero possono creare enormi getti di plasma che brillano anche alle lunghezze d'onda delle microonde. Alcune di queste strutture al plasma possono essere più grandi dell'intera galassia che contiene il buco nero.
The Ultimate Cosmic Microwave Story
Nel 1964, gli scienziati dell'Università di Princeton David Todd Wilkinson, Robert H. Dicke e Peter Roll decisero di costruire un rivelatore per cacciare le microonde cosmiche. Non erano i soli. Due scienziati dei Bell Labs - Arno Penzias e Robert Wilson - stavano anche costruendo un "corno" per cercare le microonde. Tale radiazione era stata prevista all'inizio del XX secolo, ma nessuno aveva fatto nulla per cercarla. Le misurazioni degli scienziati del 1964 mostrarono un debole "lavaggio" della radiazione a microonde in tutto il cielo. Si scopre ora che il debole bagliore a microonde è un segnale cosmico dell'universo primordiale. Penzias e Wilson hanno continuato a vincere un premio Nobel per le misurazioni e le analisi fatte che hanno portato alla conferma del fondo cosmico a microonde (CMB).
Alla fine, gli astronomi hanno ottenuto i fondi per costruire rivelatori a microonde spaziali, in grado di fornire dati migliori. Ad esempio, il satellite Cosmic Microwave Background Explorer (COBE) ha realizzato uno studio dettagliato di questo CMB a partire dal 1989. Da allora, altre osservazioni fatte con la sonda di anisotropia a microonde di Wilkinson (WMAP) hanno rilevato questa radiazione.
Il CMB è il bagliore del big bang, l'evento che ha messo in moto il nostro universo. Era incredibilmente caldo ed energico. Mentre il cosmo neonato si espandeva, la densità del calore diminuiva. Fondamentalmente, si è raffreddato e quel poco calore che si è diffuso si è diffuso su un'area sempre più grande. Oggi l'universo è largo 93 miliardi di anni luce e il CMB rappresenta una temperatura di circa 2,7 Kelvin. Gli astronomi considerano quella temperatura diffusa come radiazione a microonde e usano le minori fluttuazioni della "temperatura" della CMB per saperne di più sulle origini e l'evoluzione dell'universo.
Tech Talk About Microonde nell'universo
Le microonde emettono a frequenze comprese tra 0,3 gigahertz (GHz) e 300 GHz. (Un gigahertz è pari a 1 miliardo di Hertz. Un "Hertz" viene utilizzato per descrivere il numero di cicli al secondo emessi da qualcosa, con un Hertz pari a un ciclo per secondo.) Questo intervallo di frequenze corrisponde alle lunghezze d'onda tra un millimetro (un millesimo di metro) e un metro. Per riferimento, le emissioni di TV e radio emettono in una parte inferiore dello spettro, tra 50 e 1000 Mhz (megahertz).
Le radiazioni a microonde sono spesso descritte come una banda di radiazioni indipendente, ma sono anche considerate parte della scienza della radioastronomia. Gli astronomi si riferiscono spesso a radiazioni con lunghezze d'onda nel lontano infrarosso, microonde e bande radio ad altissima frequenza (UHF) come parte della radiazione "microonde", anche se tecnicamente sono tre bande di energia separate.