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JC e-mail 3676, de 08 de Janeiro de 2009

18. Experimento detecta sinal cósmico misterioso em frequências de rádio

Um experimento a bordo de balão estratosférico da Nasa, num estudo que contou com a participação de pesquisadores do Inpe, detectou um sinal cósmico misterioso em frequências de rádio

A descoberta foi anunciada nesta quarta-feira (7/1) durante a 213ª Reunião da Sociedade Astronômica Americana, em Long Beach, Califórnia (EUA), por Alan Kogut e Michael Seiffert, pesquisadores da Nasa que participam do experimento Arcade (Absolute Radiometer for Cosmology, Astrophysics, and Diffuse Emission, ou Radiômetro Absoluto para Cosmologia, Astrofísica e Emissão Difusa).

A equipe do Arcade detectou o sinal quando realizava medidas do céu em micro-ondas à procura da energia emitida pelas primeiras estrelas que se formaram no Universo. “O Universo nos pregou uma peça”, disse Al Kogut, do GSFC/Nasa, responsável pelo experimento. “Ao invés do sinal fraco que esperávamos medir, detectamos um ruído seis vezes mais intenso do que o que havia sido previsto”.

Dois pesquisadores brasileiros participaram do projeto: Thyrso Villela, diretor de Satélites e Aplicações e Desenvolvimento da Agência Espacial Brasileira (AEB), e Alexandre Wuensche, do grupo de Cosmologia Observacional da Divisão de Astrofísica do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe). Eles contribuíram para o desenvolvimento de componentes de micro-ondas utilizados pelo Arcade, que é capaz de operar nas frequências de 3, 5, 8, 10, 30 e 90 GHz.

“Em 2005, os componentes feitos em São José dos Campos (SP) foram incorporados ao experimento Arcade”, conta o astrofísico Thyrso Villela, que também faz parte da Divisão de Astrofísica do Inpe. “O rigoroso controle dos erros instrumentais e a excelente sensibilidade do instrumento permitiram essa detecção”.

“Foi um desafio interessante contribuir para esse experimento”, relata o pesquisador Carlos Alexandre Wuensche. “Não esperávamos nos deparar com algo tão misterioso quanto esse sinal detectado pelo Arcade. Foi uma surpresa”, completaram os dois pesquisadores do Inpe.

Quatro artigos descrevendo o experimento e os resultados já foram submetidos para publicação no periódico The Astrophysical Journal.

Primeiros ruídos no Espaço

Muitos objetos no Universo emitem ondas de rádio. Em 1931, o físico Karl Jansky detectou, pela primeira vez, um ruído estático em rádio vindo da Via Láctea, a galáxia à qual o nosso Sistema Solar pertence.

O Universo é permeado por um sinal residual do Big Bang, observado em frequências de rádio e micro-ondas, descoberto em 1965 pelos astrofísicos Arno Penzias e Robert Wilson, que ganharam o Prêmio Nobel de Física de 1978 pela descoberta.

Esse sinal é conhecido como Radiação Cósmica de Fundo em Micro-ondas (RCFM). Porém, o sinal detectado pelo Arcade não pode ser atribuído a nenhum desses sinais conhecidos.

Um sinal misterioso e intenso

A imensa maioria dos objetos cósmicos emite ondas de rádio. Entretanto, não existe um número suficiente de galáxias no Universo que possa explicar a intensidade do sinal detectado.

Segundo Dale Fixsen, um dos pesquisadores do projeto, “as galáxias teriam que estar praticamente coladas umas às outras, não havendo nenhum espaço entre elas”, para que o sinal dessas fontes pudesse ser medido com essa intensidade.

Em conseqüência, o sinal emitido pelas primeiras estrelas encontra-se submerso nesse novo ruído de fundo cósmico, e sua detecção agora passa a ser uma tarefa ainda mais complicada.

A identificação e o estudo do sinal das primeiras estrelas podem trazer pistas importantes sobre o processo de formação das galáxias quando o Universo tinha menos da metade de sua idade e melhorar o nosso entendimento sobre como as fontes de rádio evoluíram no universo primordial.

O experimento Arcade

O Arcade é um experimento de astrofísica do Goddard Space Flight Center (GSFC), vinculado à agência espacial americana, do qual participam o Jet Propulsion Laboratory (JPL), também da Nasa, a Universidade de Maryland, a Universidade da Califórnia, dos Estados Unidos, e o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe.

Mais informações no site.
(Assessoria de Comunicação do Inpe)

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INTERPRETATION OF THE EXTRAGALACTIC RADIO BACKGROUND
M. Seiffert, D. J. Fixsen, A. Kogut, S. M. Levin, M. Limon, P. M. Lubin, P. Mirel, J. Singal, T. Villela, E. Wollack, C. A. Wuensche

Draft version December 16, 2008

ABSTRACT

We use absolutely calibrated data between 3 and 90 GHz from the 2006 flight of the ARCADE 2 instrument, along with previous measurements at other frequencies, to constrain models of extragalactic emission. Such emission is a combination of the Cosmic Microwave Background (CMB) monopole, Galactic foreground emission, the integrated contribution of radio emission from external galaxies, any spectral distortions present in the CMB, and any other extragalactic source. After removal of estimates of foreground emission from our own Galaxy, and the estimated contribution of external galaxies, we present fits to a combination of the flat-spectrum CMB and potential spectral distortions in the CMB. We find 2 σ upper limits to CMB spectral distortions of μ < 5.8 × 10−5 and |Yff| < 6.2 × 10−5. We also find a significant detection of a residual signal beyond that which can be explained by the CMB plus the integrated radio emission from galaxies estimated from existing surveys.
After subtraction of an estimate of the contribution of discrete radio sources, this unexplained signal is consistent with extragalactic emission in the form of a power law with amplitude 1.06±0.11 K at 1 GHz and a spectral index of −2.56 ± 0.04.

Subject headings: cosmology: cosmic microwave background — cosmology: observations

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