Haytong Yu/Getty Images

Ce putem afla despre Univers studiind undele radio?16 min read

De Laurențiu Păiuș 19.10.2021

Te-ai întrebat vreodată de ce savanții folosesc undele radio pentru a afla secretele cele mai ascunse ale Universului? Iată răspunsul.

Undele radio sunt peste tot în jur, dar nu pot fi văzute cu ochiul liber. Dacă unele sunt produse artificial de către oameni aici, pe Pământ, altele sunt emise de obiecte cerești, unele dintre acestea aflate la zeci de mii, milioane sau chiar miliarde de ani-lumină depărtare. Iar studierea undelor radio îi ajută pe cercetători să înțeleagă mai bine fenomenele care au loc în Cosmos.

În 1609, Galileo Galilei și-a îndreptat mica sa lunetă spre cer„What did Galileo discover?”,  rmg.co.uk și a realizat primele descoperiri ale astronomiei moderne. Printre altele, a observat patru sateliți ai planetei Jupiter orbitând în jurul acesteia, a observat fazele planetei Venus și a văzut petele solare.

Atât Galilei cât și savanții care l-au urmat timp de secole nu au avut acces decât la o porțiune din spectrul electromagnetic,„Electromagnetic Spectrum – Introduction”,  imagine.gsfc.nasa.gov lumina percepută de ochiul uman. Dar acest interval de frecvențe este foarte redus și nu arată decât o mica parte din fenomenele care se petrec în Cosmos. Deci, pentru a studia în amănunt Universul, cercetătorii trebuie să apeleze și la alte lungimi de undă ale spectrului electromagnetic, spre exemplu, la undele radio.

În acest scop, astronomii folosesc niște antene gigantice, numite radiotelescoape,„What are Radio Telescopes?”, public.nrao.edu special construite pentru a colecta o cantitate cât mai mare de asemenea unde. Multe radiotelescoape sunt construite ca rețele, un anumit număr de antene care lucrează împreună pentru a crea un radiotelescop virtual, cu un diametru egal cu cel al distanței dintre componentele rețelei.

undele radio

Rețeaua de radiotelescoape Karl G. Jansky Very Large Array. CGP Grey/Wikimedia Commons

Ce sunt undele radio și cum a fost descoperită originea lor cosmică?

Undele radio, la fel ca și lumina vizibilă, fac parte din ceea ce astronomii numesc spectrul electromagnetic. O caracteristică a radiației electromagnetice este lungimea de undă. În cazul luminii vizibile, lungimea de undă este undeva între 380 și 700 de nanometri. Orice radiație care are o lungime de undă în afara acestui interval va fi invizibilă pentru ochiul uman. Undele radio au o lungime de undă mai mare de 1 milimetru, mult în afara intervalului menționat. Deci undele radio reprezintă o lumină care nu poate fi percepută de ochiul uman.

În 1930, Karl Jansky, un fizician american care lucra la compania Bell Telephone Laboratories folosea un radiotelescop pentru a identifica posibile surse de interferențe care ar putea perturba comunicațiile transatlantice. Astfel, Jansky a detectat un semnal radio care venea de undeva de pe cer și despre care, initial, credea că ar putea fi generat de Soare. Era prima dată când era detectat un semnal radio de origine extraterestră. Mai târziu, însă, acesta a concluzionat că sursa respectivului semnal radio ar fi, de fapt, zona centrală a galaxiei. Acesta este considerat începutul radioastronomiei.

În cinstea contribuției pe care munca lui Jansky a adus-o în domeniul radioastronomiei, una dintre cele mai faimoase rețele de radiotelescoape din lume, Very Large Array, din New Mexico, a fost redenumită, la 31 martie 2012, în Karl G. Jansky Very Large Array. Site oficial: aui.edu

Reprezentare artistică a unui magnetar. ESO/L. Calçada

Undele radio evidențiază posibila existență a unei noi clase de obiecte cerești

Un nou studiu„Discovery of ASKAP J173608.2−321635 as a Highly-Polarized Transient Point Source with the Australian SKA Pathfinder”, arxiv.org (PDF) anunță detectarea, în prima parte a anului 2020, de către o echipă de astronomi condusă de Ziteng Wang, a unor semnale radio ciudate „We found a mysterious flashing radio signal from near the centre of the galaxy”,  theconversation.com care veneau din zona centrului galaxiei. Descoperirea a fost realizată cu ajutorul radiotelescoapelor care formează rețeaua Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP),Site oficial: atnf.csiro.au în cadrul proiectului Variables and Slow Transients (VAST).„ASKAP Variables and Slow Transients”, vast-survey.org

Undele radio proveneau de la o sursă variabilă, pe care cercetătorii au numit-o J173608.2-321635. Dar obiectele care emit semnale radio variabile nu sunt neapărat ceva neobișnuit. De-a lungul timpului, oamenii de știință au descoperit multe obiecte variabile în domeniul radio. Unele stele intră în această categorie; pulsarii,„What Are Pulsars? They Look Like Blinking Stars – But They’re Not.”, space.com magnetarii,„What is a magnetar?”,  earthsky.org sau chiar și supernovele pot emite unde radio variabile.

„La început ne-am gândit că ar putea fi un pulsar, un tip foarte dens de stea moartă care se învârte, sau un tip de stea care erupe foarte puternic. Dar semnalele din această nouă sursă nu se potrivesc cu ceea ce ne așteptăm de la aceste tipuri de obiecte cerești”, spune Ziteng Wang, doctorand la Universitatea din Sidney și autor principal al studiului.

Semnalul radio emis de J173608.2-321635 este ciudat și nu pare să aparțină niciunei clase de obiecte variabile cunoscute de astronomi până în prezent. Astfel, semnalul apărea, își mărea strălucirea ( chiar și 100 de ori), după care se diminua și dispărea, iar, după o anumită perioadă, apărea din nou. Obiectele variabile cunoscute până în prezent pot fi observate și în alte lungimi de undă, dar atunci când astronomii au vrut să observe J173608.2-321635 în lumină vizibilă, nu au găsit nimic în zona respectivă de pe cer.

Este deci posibil ca aceștia să fi descoperit o nouă clasă de obiecte variabile, iar observațiile ulterioare ar putea descifra natura acestora.

Gaura neagră supermasivă M87. Event Horizon Telescope

Prima fotografie a unei găuri negre

Pe 10 aprilie 2019, astronomii din cadrul proiectului Event Horizon Telescope făceau publică prima fotografie a unei găuri negre,„Astronomers Capture First Image of a Black Hole”, eventhorizontelescope.org cea din centrul galaxiei M87.

Aceasta nu este o gaură neagră obișnuită (de masă stelară), ci este una enormă, o așa-numită gaură neagră supermasivă, cu o masă de șase miliarde de ori mai mare decât cea a Soarelui. Dar pentru că este situată foarte departe, la 53 de milioane de ani-lumină, are un diametru aparent infim pe cer, așa că pentru obținerea unei imagini detaliate era nevoie de utilizarea unui telescop enorm.

Echipa a ales să utilizeze undele radio pentru a fotografia această gaură neagră. Problema e că niciun radiotelescop de pe Pământ nu e destul de mare pentru a oferi rezoluția necesară fotografierii acestui obiect. Așa că astronomii au folosit mai multe radio telescoape de pe mai multe continente (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array, Chile,Site oficial: almaobservatory.org  Atacama Pathfinder Experiment, Chile,Site oficial: apex-telescope.org Institute de RadioAstonomie Millimétrique, Pico Veleta, Spania,Site oficial: iram-institute.org  Large Millimeter Telescope, Mexic,Site oficial: lmtgtm.org Submillimeter Telescope, Arizona, SUA,Site oficial: aro.as.arizona.edu James Clerk Maxwell Telescope, Hawaii, SUA,Site oficial: eaobservatory.org  SubMillimeter Array, Hawaii, SUASite oficial: lweb.cfa.harvard.edu și South Pole Telescope, Polul SudSite oficial: pole.uchicago.edu) pentru a crea un telescop virtual de mărimea întregii planete. Cercetătorii au combinat datele oferite de cele opt telescoape pentru a crea o imagine cu o rezoluție uimitoare.

Celebra imagine nu a fost obținută direct, pentru că astronomii au lucrat cu unde radio pe care mai apoi au fost nevoiți să le transpună într-o fotografie prin interpretarea datelor cu ajutorul unor programe computerizate. Dar imaginea rezultată este senzațională și reprezintă prima dovadă directă că găurile negre chiar există.

CITEȘTE ȘI: S-a găsit cea mai apropiată gaură neagră?

Radiația cosmică de fond observată de sonda spațială Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. NASA/WMAP Science Team

Radiația cosmică de fond

În anul 1964, oamenii de știință americani Arno Penzias și Robert Wilson, cu ajutorul radiotelescopului Holmdel Horn Antenna,Detalii pe wikipedia.org descoperă un semnal radio care vine din toate direcțiile. Cei doi cercetători reușesc să demonstreze că semnalul nu este emis de niciun obiect cosmic și că cel mai probabil provine din afara galaxiei.

Studiind semnalul împreună cu alți colegi, cercetătorii ajung la concluzia că acesta trebuie să fie radiația fosilă a Big Bangului. Prezența acestei radiații fusese prevăzută pentru prima dată, în 1948, de către astronomul american Ralph Alpher, dar aceasta era prima dată când era detectată observațional.

În anul 1978, Penzias și Wilson primeau Premiul Nobel pentru detectarea radiației cosmice de fond.„Cosmic Microwave Background Radiation”, lambda.gsfc.nasa.gov

Radiația cosmică de fond are o temperatură de -273 de grade Celsius, ceea ce o face detectabilă în domeniul microundelor (în engleză este denumită Cosmic Microwave Background Radiation). Așa cum este înțeleasă azi, radiația de fond datează de la aproximativ 380.000 de ani după Big Bang, atunci când Universul a devenit transparent.„When Did The Universe Become Transparent To Light?”, forbes.com 

Acestea sunt doar câteva dintre descoperirile făcute prin cercetarea undelor radio. În viitorul mai mult sau mai puțin apropiat, radio astronomii ar putea detecta un semnal radio transmis de către o civilizație extraterestră. Deci, pe lângă toate celelalte contribuțiile de mai sus, radioastronomia ar putea fi cea care ar putea răspunde la întrebarea: „Suntem sau nu singuri în Univers?”.

CITEȘTE ȘI: În căutarea vieții extraterestre



Text de

Laurențiu Păiuș

Jurnalist și astronom amator. Este pasionat de tot ce înseamnă explorarea spațiului cosmic. Este inițiatorul a numeroase activități de popularizare a astronomiei.

CORONAVIRUS|OVERVIEW

Ce știm despre vaccinarea copiilor și adolescenților?

De
Din vară, tinerii între 12 și 18 ani se pot vaccina împotriva COVID-19. În curând, vaccinul va fi disponibil și pentru copii peste cinci ani. Decizia rămâne însă la părinți.
SOCIETATE|OVERVIEW

Infochioșcurile promiteau digitalizarea Capitalei. Acum sunt doar decor urban fără stăpân

De
Uitate de ani buni, zeci de dispozitive inutile și nefuncționale au ajuns loc de graffiti și monumente ale banilor publici aruncați la gunoi.
TEHNOLOGIE|OVERVIEW

Primul procesor disponibil comercial, Intel 4004, a împlinit 50 de ani

De
Doi americani, un japonez și un italian au muncit și câte 80 de ore pe săptămână pentru a-l crea pe celebrul 4004, un procesor care a ajuns să fie folosit și în calculatoarele militare din România.
SPAȚIU|SCI-FACTS

5 lucruri interesante despre Soare

De
Sursă de lumină și de viață, Soarele pare cea mai importantă stea din univers. Nu este, dar asta nu-l face mai puțin special.