Muitas pessoas não pensam nas microondas cósmicas enquanto preparam a comida para o almoço todos os dias. O mesmo tipo de radiação que um forno de microondas usa para disparar um burrito ajuda os astrônomos a explorar o universo. É verdade: as emissões de microondas do espaço sideral ajudam a dar uma espiada na infância do cosmos.
Caçando sinais de microondas
Um fascinante conjunto de objetos emite microondas no espaço. A fonte mais próxima de microondas não terrestres é nosso sol. Os comprimentos de onda específicos das microondas que ele envia são absorvidos pela nossa atmosfera. O vapor de água em nossa atmosfera pode interferir na detecção da radiação de microondas do espaço, absorvendo-a e impedindo-a de atingir a superfície da Terra. Isso ensinou os astrônomos que estudam a radiação de microondas no cosmos a colocar seus detectores em grandes altitudes na Terra ou no espaço.
Por outro lado, sinais de microondas que podem penetrar nuvens e fumaça podem ajudar os pesquisadores a estudar as condições na Terra e aprimorar as comunicações via satélite. Acontece que a ciência do microondas é benéfica de várias maneiras.
Os sinais de microondas vêm em comprimentos de onda muito longos. Detectá-los requer telescópios muito grandes porque o tamanho do detector precisa ser muitas vezes maior que o próprio comprimento de onda da radiação. Os observatórios de astronomia de micro-ondas mais conhecidos estão no espaço e revelaram detalhes sobre objetos e eventos até o início do universo.
Emissores de microondas cósmicos
O nosso próprio centro galáxia Via Láctea é uma fonte de microondas, embora não seja tão extensa quanto em outras galáxias mais ativas. Nosso buraco negro (chamado Sagitário A *) é bastante silencioso, como essas coisas acontecem. Parece não ter um jato maciço e ocasionalmente se alimenta de estrelas e outros materiais que passam muito perto.
Pulsares (estrelas rotativas de nêutrons) são fontes muito fortes de radiação de microondas. Esses objetos poderosos e compactos perdem apenas para os buracos negros em termos de densidade. Estrelas de nêutrons possuem campos magnéticos poderosos e taxas de rotação rápidas. Eles produzem um amplo espectro de radiação, com a emissão de microondas sendo particularmente forte. A maioria dos pulsares é geralmente chamada de "rádio pulsar" por causa de suas fortes emissões de rádio, mas também pode ter "brilho de microondas".
Muitas fontes fascinantes de microondas estão bem fora do nosso sistema solar e galáxia. Por exemplo, galáxias ativas (AGN), alimentadas por buracos negros supermassivos em seus núcleos, emitem fortes explosões de microondas. Além disso, esses motores de buraco negro podem criar jatos maciços de plasma que também brilham intensamente nos comprimentos de onda do microondas. Algumas dessas estruturas de plasma podem ser maiores que toda a galáxia que contém o buraco negro.
A melhor história de microondas cósmica
Em 1964, os cientistas da Universidade de Princeton, David Todd Wilkinson, Robert H. Dicke e Peter Roll decidiram construir um detector para procurar microondas cósmicas. Eles não eram os únicos. Dois cientistas do Bell Labs - Arno Penzias e Robert Wilson - também estavam construindo um "chifre" para procurar microondas. Essa radiação havia sido prevista no início do século 20, mas ninguém havia feito nada em procurá-la. As medições dos cientistas em 1964 mostraram uma fraca "lavagem" da radiação de microondas em todo o céu. Acontece agora que o fraco brilho do microondas é um sinal cósmico do universo primitivo. Penzias e Wilson ganharam um Prêmio Nobel pelas medições e análises que eles fizeram que levaram à confirmação do fundo cósmico de microondas (CMB).
Eventualmente, os astrônomos conseguiram os fundos para construir detectores de microondas baseados no espaço, que podem fornecer melhores dados. Por exemplo, o satélite Cosmic Microwave Background Explorer (COBE) fez um estudo detalhado desse CMB a partir de 1989. Desde então, outras observações feitas com a sonda de anisotropia de microondas de Wilkinson (WMAP) detectaram essa radiação.
O CMB é o reflexo do big bang, o evento que colocou nosso universo em movimento. Era incrivelmente quente e enérgico. À medida que o cosmos recém-nascido se expandia, a densidade do calor diminuía. Basicamente, esfriou, e o pouco calor foi espalhado por uma área cada vez maior. Hoje, o universo tem 93 bilhões de anos-luz de largura e o CMB representa uma temperatura de cerca de 2,7 Kelvin. Os astrônomos consideram que a temperatura difusa como radiação de microondas e usam as pequenas flutuações na "temperatura" do CMB para aprender mais sobre as origens e a evolução do universo.
Tech Talk sobre microondas no universo
As microondas emitem em frequências entre 0,3 gigahertz (GHz) e 300 GHz. (Um gigahertz é igual a 1 bilhão de Hertz. Um "Hertz" é usado para descrever quantos ciclos por segundo algo emite, com um Hertz sendo um ciclo por segundo.) Esse intervalo de frequências corresponde a comprimentos de onda entre um milímetro (milésimo de metro) e um metro. Para referência, as emissões de TV e rádio emitem em uma parte inferior do espectro, entre 50 e 1000 Mhz (megahertz).
A radiação de microondas é frequentemente descrita como uma banda de radiação independente, mas também é considerada parte da ciência da radioastronomia. Os astrônomos costumam se referir à radiação com comprimentos de onda no infravermelho distante, faixas de rádio de microondas e de frequência ultra alta (UHF) como parte da radiação de "microondas", mesmo que tecnicamente sejam três bandas de energia separadas.