L’astronomia a microonde aiuta gli astronomi a esplorare il cosmo

Non molte persone pensano alle microonde cosmiche mentre nuotano ogni giorno il loro cibo a pranzo. Lo stesso tipo di radiazione che un forno a microonde usa per fare a pezzi un burrito aiuta gli astronomi a esplorare l’universo. È vero: le emissioni di microonde dallo spazio aiutano a dare uno sguardo all’infanzia del cosmo. 

A caccia di segnali di microonde

Un affascinante insieme di oggetti emette microonde nello spazio. La fonte più vicina di microonde non terrestri è il nostro sole. Le lunghezze d’onda specifiche delle microonde che emette vengono assorbite dalla nostra atmosfera. Il vapore acqueo nella nostra atmosfera può interferire con la rilevazione della radiazione a microonde dallo spazio, assorbendola e impedendogli di raggiungere la superficie terrestre. Ciò ha insegnato agli astronomi che studiano la radiazione a microonde nel cosmo a posizionare i loro rilevatori ad altitudini elevate sulla Terra o nello spazio. 

D’altra parte, 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 satellitari. Si scopre che la scienza delle microonde è utile in molti modi. 

I segnali a microonde sono disponibili in lunghezze d’onda molto lunghe. Rilevarli 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 cosmici

Il centro della nostra galassia, la Via Lattea, è una sorgente di microonde, sebbene non sia così estesa come in altre galassie più attive. Il nostro buco nero (chiamato Sagittario A *) è abbastanza silenzioso, visto che vanno queste cose. Non sembra avere un getto massiccio e solo occasionalmente si nutre di stelle e altro materiale che passa troppo vicino.

Le pulsar (stelle di neutroni rotanti) sono sorgenti molto forti di radiazioni 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 vengono solitamente chiamate “pulsar radio” a causa delle loro forti emissioni radio, ma possono anche essere “luminose a microonde”.

Molte affascinanti fonti di microonde si trovano ben al di fuori del nostro sistema solare e della galassia. Ad esempio, le galassie attive (AGN), alimentate da buchi neri supermassicci nel loro nucleo, emettono forti raffiche di microonde. Inoltre, questi motori di buchi neri possono creare enormi getti di plasma che brillano anche intensamente alle lunghezze d’onda delle microonde. Alcune di queste strutture di plasma possono essere più grandi dell’intera galassia che contiene il buco nero.

L’ultima storia delle microonde cosmiche

Nel 1964, gli scienziati della Princeton University David Todd Wilkinson, Robert H. Dicke e Peter Roll decisero di costruire un rilevatore per cacciare le microonde cosmiche. Non erano gli unici. Anche due scienziati dei Bell Labs, Arno Penzias e Robert Wilson, stavano costruendo un “corno” per cercare le microonde. Tali radiazioni erano state previste all’inizio del XX secolo, ma nessuno aveva fatto nulla per cercarle. Le misurazioni degli scienziati del 20 hanno mostrato un debole “lavaggio” di radiazioni a microonde attraverso l’intero cielo. Ora si scopre che il debole bagliore delle microonde è un segnale cosmico proveniente dall’universo primordiale. Penzias e Wilson hanno continuato a vincere un premio Nobel per le misurazioni e le analisi effettuate che hanno portato alla conferma del fondo cosmico a microonde (CMB).

Alla fine, gli astronomi hanno ottenuto i fondi per costruire rilevatori a microonde spaziali, che possono fornire dati migliori. Ad esempio, il satellite Cosmic Microwave Background Explorer (COBE) ha effettuato uno studio dettagliato di questo CMB a partire dal 1989. Da allora, altre osservazioni fatte con la Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) hanno rilevato questa radiazione.

Il CMB è il bagliore residuo del big bang, l’evento che ha messo in moto il nostro universo. Era incredibilmente caldo ed energico. Man mano che il neonato cosmo si espandeva, la densità del calore diminuiva. Fondamentalmente, si raffreddava e il poco calore che c’era si diffondeva su un’area sempre più grande. Oggi l’universo è largo 93 miliardi di anni luce e la CMB rappresenta una temperatura di circa 2.7 Kelvin. Gli astronomi considerano la temperatura diffusa come la radiazione a microonde e usano le fluttuazioni minori della “temperatura” della CMB per saperne di più sulle origini e l’evoluzione dell’universo.

Tech Talk sulle microonde nell’universo

Le microonde emettono a frequenze comprese tra 0.3 gigahertz (GHz) e 300 GHz. (Un gigahertz è uguale a 1 miliardo di Hertz. Un “Hertz” è usato per descrivere a quanti cicli al secondo qualcosa emette, con un Hertz che è un ciclo al secondo.) Questa gamma di frequenze corrisponde a lunghezze d’onda comprese tra un millimetro (uno- millesimo di metro) e un metro. Per riferimento, le emissioni TV e radio emettono in una parte inferiore dello spettro, tra 50 e 1000 Mhz (megahertz). 

La radiazione a microonde è spesso descritta come una banda di radiazioni indipendente, ma è anche considerata parte della scienza della radioastronomia. Gli astronomi spesso si riferiscono alle radiazioni con lunghezze d’onda nelle bande radio del lontano infrarosso, microonde e ultra-alta frequenza (UHF) come parte della radiazione “microonde”, anche se tecnicamente sono tre bande di energia separate.