Come le onde radio ci aiutano a capire l'universo

Gli umani percepiscono l'universo usando la luce visibile che possiamo vedere con i nostri occhi. Tuttavia, c'è di più nel cosmo di quello che vediamo usando la luce visibile che scorre da stelle, pianeti, nebulose e galassie. Questi oggetti ed eventi nell'universo emanano anche altre forme di radiazione, comprese le emissioni radio. Quei segnali naturali riempiono una parte importante del cosmico di come e perché gli oggetti nell'universo si comportano come loro.

Le onde radio sono onde elettromagnetiche (luce), ma non possiamo vederle. Hanno lunghezze d'onda comprese tra 1 millimetro (un millesimo di metro) e 100 chilometri (un chilometro equivale a mille metri). In termini di frequenza, ciò equivale a 300 Gigahertz (un Gigahertz equivale a un miliardo di Hertz) e 3 kilohertz. Un Hertz (abbreviato in Hz) è un'unità di misurazione della frequenza comunemente usata. Un Hertz è uguale a un ciclo di frequenza. Quindi, un segnale da 1 Hz è un ciclo al secondo. La maggior parte degli oggetti cosmici emette segnali da centinaia a miliardi di cicli al secondo.

Le persone spesso confondono le emissioni "radio" con qualcosa che le persone possono ascoltare. Questo in gran parte perché usiamo le radio per la comunicazione e l'intrattenimento. Ma gli umani non "ascoltano" le frequenze radio dagli oggetti cosmici. Le nostre orecchie possono rilevare frequenze da 20 Hz a 16.000 Hz (16 KHz). La maggior parte degli oggetti cosmici emettono alle frequenze di Megahertz, che è molto più alta di quella che l'orecchio sente. Questo è il motivo per cui la radioastronomia (insieme ai raggi X, agli ultravioletti e agli infrarossi) è spesso pensata per rivelare un universo "invisibile" che non possiamo né vedere né sentire.

Le onde radio di solito sono emesse da oggetti energetici e attività nell'universo. Il Sole è la fonte più vicina di emissioni radio oltre la Terra. Giove emette anche onde radio, così come gli eventi che si verificano a Saturno.

Una delle fonti più potenti di emissione radio al di fuori del sistema solare e oltre la galassia della Via Lattea, proviene da galassie attive (AGN). Questi oggetti dinamici sono alimentati da buchi neri supermassicci ai loro nuclei. Inoltre, questi motori a buco nero creeranno enormi getti di materiale che brillano intensamente con le emissioni radio. Questi possono spesso eclissare l'intera galassia nelle frequenze radio.

Le pulsar, o stelle di neutroni rotanti, sono anche forti fonti di onde radio. Questi oggetti forti e compatti vengono creati quando muoiono stelle enormi supernovae. Sono secondi solo ai buchi neri in termini di densità massima. Con potenti campi magnetici e velocità di rotazione elevate, questi oggetti emettono un ampio spettro di radiazionee sono particolarmente "brillanti" nella radio. Come i buchi neri supermassicci, vengono creati potenti getti radio che emanano dai poli magnetici o dalla stella di neutroni che gira.

Molte pulsar sono denominate "radio pulsar" a causa della loro forte emissione radio. In effetti, i dati dal Telescopio spaziale a raggi gamma Fermi ha mostrato prove di una nuova generazione di pulsar che appare più forte nei raggi gamma anziché nella radio più comune. Il processo della loro creazione rimane lo stesso, ma le loro emissioni ci dicono di più sull'energia coinvolta in ogni tipo di oggetto.

I resti delle supernova possono essere emettitori particolarmente potenti di onde radio. La Nebulosa del Granchio è famosa per i suoi segnali radio ha allertato l'astronomo Jocelyn Bell alla sua esistenza.

La radioastronomia è lo studio di oggetti e processi nello spazio che emettono frequenze radio. Ogni fonte rilevata fino ad oggi è naturale. Le emissioni vengono raccolte qui sulla Terra da radiotelescopi. Si tratta di strumenti di grandi dimensioni, poiché è necessario che l'area del rivelatore sia più grande delle lunghezze d'onda rilevabili. Poiché le onde radio possono essere più grandi di un metro (a volte molto più grandi), gli ambiti sono in genere superiori a diversi metri (a volte 30 piedi di diametro o più). Alcune lunghezze d'onda possono essere grandi come una montagna, quindi gli astronomi hanno costruito estese schiere di radiotelescopi.

Maggiore è l'area di raccolta, rispetto alla dimensione dell'onda, migliore è la risoluzione angolare di un radiotelescopio. (La risoluzione angolare è una misura di quanto possono essere vicini due piccoli oggetti prima che siano indistinguibili.)

Poiché le onde radio possono avere lunghezze d'onda molto lunghe, i radiotelescopi standard devono essere molto grandi per ottenere qualsiasi tipo di precisione. Ma dal momento che la costruzione di radiotelescopi di dimensioni da stadio può essere proibitiva in termini di costi (soprattutto se si desidera per avere qualsiasi capacità di guida), è necessaria un'altra tecnica per ottenere il desiderato risultati.

Sviluppato a metà degli anni '40, l'interferometria radio mira a raggiungere il tipo di risoluzione angolare che verrebbe da piatti incredibilmente grandi senza spese. Gli astronomi ottengono questo risultato utilizzando più rivelatori in parallelo tra loro. Ognuno studia lo stesso oggetto contemporaneamente agli altri.

Lavorando insieme, questi telescopi si comportano efficacemente come un telescopio gigante delle dimensioni dell'intero gruppo di rivelatori insieme. Ad esempio, l'array di base molto grande ha rilevatori distanti 8.000 miglia. Idealmente, una serie di molti radiotelescopi a diverse distanze di separazione lavorerebbe insieme per ottimizzare le dimensioni effettive dell'area di raccolta e migliorare la risoluzione dello strumento.

Con la creazione di tecnologie di comunicazione e temporizzazione avanzate, è diventato possibile utilizzare i telescopi esistono a grande distanza l'uno dall'altro (da vari punti in tutto il mondo e persino in orbita attorno alla Terra). Conosciuto come Very Long Baseline Interferometry (VLBI), questa tecnica migliora significativamente il capacità dei singoli radiotelescopi e consente ai ricercatori di sondare alcuni dei più dinamici oggetti nel universo.

La banda delle onde radio si sovrappone anche alla banda delle microonde (da 1 millimetro a 1 metro). In realtà, ciò che viene comunemente chiamato radioastronomia, è davvero un'astronomia a microonde, sebbene alcuni strumenti radio rilevino lunghezze d'onda molto superiori a 1 metro.

Questa è fonte di confusione poiché alcune pubblicazioni elencheranno la banda di microonde e le bande radio separatamente, mentre altri useranno semplicemente il termine "radio" per includere sia la classica banda radio che il microonde gruppo musicale.

Modificato e aggiornato da Carolyn Collins Petersen.