Cum ne ajută undele radio să înțelegem universul

Oamenii percep universul folosind lumina vizibilă pe care o putem vedea cu ochii noștri. Cu toate acestea, în cosmos există mai mult decât ceea ce vedem folosind lumina vizibilă care curge de la stele, planete, nebuloase și galaxii. Aceste obiecte și evenimente din univers emană, de asemenea, alte forme de radiații, inclusiv emisiile radio. Aceste semnale naturale completează o parte importantă a cosmicului cum și de ce obiectele din univers se comportă așa cum se întâmplă.

Tech Talk: Undele radio în astronomie

Undele radio sunt unde electromagnetice (lumină), dar nu le putem vedea. Au lungimi de undă cuprinse între 1 milimetru (o mie de mii de metru) și 100 de kilometri (un kilometru este egal cu o mie de metri). În ceea ce privește frecvența, aceasta este echivalentă cu 300 Gigahertz (un Gigahertz este egal cu un miliard de Hertz) și 3 kilohertz. Un Hertz (prescurtat ca Hz) este o unitate de măsurare a frecvenței frecvent utilizată. Un Hertz este egal cu un ciclu de frecvență. Deci, un semnal de 1 Hz este de un ciclu pe secundă. Majoritatea obiectelor cosmice emit semnale la sute la miliarde de cicluri pe secundă.

Oamenii deseori confundă emisiile „radio” cu ceva ce oamenii pot auzi. Asta în mare parte pentru că folosim radiouri pentru comunicare și divertisment. Dar, oamenii nu „aud” frecvențele radio de la obiecte cosmice. Urechile noastre pot sesiza frecvențe de la 20 Hz la 16.000 Hz (16 KHz). Majoritatea obiectelor cosmice emit la frecvențele Megahertz, care este mult mai mare decât auzul urechii. Acesta este motivul pentru care radio astronomia (alături de radiografie, ultraviolete și infraroșu) este adesea gândită să dezvăluie un univers „invizibil” pe care nici nu îl putem vedea și nici nu îl auzim.

Surse de unde radio în univers

Undele radio sunt de obicei emise de obiecte și activități energetice din univers. Soarele este cea mai apropiată sursă de emisii radio dincolo de Pământ. Jupiter emite, de asemenea, unde radio, la fel ca evenimentele care au loc la Saturn.

Una dintre cele mai puternice surse de emisie radio în afara sistemului solar și dincolo de galaxia Calea Lactee, provine din galaxiile active (AGN). Aceste obiecte dinamice sunt alimentate de găuri negre super-masive din miezul lor. În plus, aceste motoare cu găuri negre vor crea jeturi masive de material care strălucesc strălucitor cu emisiile radio. Acestea pot de multe ori întregi întreaga galaxie în frecvențele radio.

Pulsars, sau stele rotunde cu neutroni, sunt, de asemenea, surse puternice de unde radio. Aceste obiecte puternice și compacte sunt create atunci când stelele masive mor ca supernovele. Acestea sunt pe locul doi doar la găurile negre din punct de vedere al densității finale. Cu câmpuri magnetice puternice și viteze de rotație rapide, aceste obiecte emit un spectru larg de radiații și sunt deosebit de „luminoase” în radio. La fel ca găurile negre supermasive, se creează puternice jeturi radio, care provin din poli magnetici sau din steaua neutronului învârtit.

Multe pulsars sunt denumite „pulsars radio”, din cauza emisiilor radio puternice. De fapt, datele de la Telescopul spațial cu raze gamma Fermi au arătat dovezi ale unei noi rase de pulsars care apare cel mai puternic în razele gamma în loc de radioul mai comun. Procesul creării lor rămâne același, dar emisiile lor ne spun mai multe despre energia implicată în fiecare tip de obiect. 

Însăși rămășițele Supernovei pot fi emițătoare deosebit de puternice de unde radio. Nebula Crab este renumită pentru semnalele radio care l-au alertat pe astronomul Jocelyn Bell despre existența sa. 

Radio Astronomie

Radio astronomia este studiul obiectelor și proceselor din spațiu care emit frecvențe radio. Fiecare sursă detectată până în prezent este una naturală. Emisiile sunt preluate aici pe Pământ prin intermediul telescoapelor radio. Acestea sunt instrumente mari, deoarece este necesar ca zona detectorului să fie mai mare decât lungimile de undă detectabile. Întrucât undele radio pot fi mai mari decât un metru (uneori mult mai mari), scopurile sunt în general de peste câțiva metri (uneori 30 de metri sau mai mult). Unele lungimi de undă pot fi la fel de mari ca un munte și astfel astronomii au construit tablouri extinse de radiotelescoape. 

Cu cât suprafața de colectare este mai mare, în comparație cu dimensiunea undei, cu atât este mai bună rezoluția unghiulară a unui radiotelescop. (Rezoluția unghiulară este o măsură a cât de apropiate pot fi două obiecte mici înainte de a fi indistinguibile.)

Radio Interferometrie

Întrucât undele radio pot avea lungimi de undă foarte lungi, telescoapele radio standard trebuie să fie foarte mari pentru a obține orice fel de precizie. Dar, deoarece construirea telescoapelor radio de dimensiunea stadionului poate fi prohibitivă (mai ales dacă doriți ca acestea să aibă capacitate de direcție), este necesară o altă tehnică pentru a obține rezultatele dorite.

Dezvoltată la mijlocul anilor 1940, interferometria radio își propune să obțină tipul de rezoluție unghiulară care ar proveni din bucatele incredibil de mari fără cheltuieli. Astronomii realizează acest lucru prin utilizarea mai multor detectoare în paralel între ele. Fiecare studiază același obiect în același timp cu celelalte.

Lucrând împreună, aceste telescoape acționează eficient ca un telescop uriaș de dimensiunea întregului grup de detectori împreună. De exemplu, Array de bază foarte mare are detectoare la o distanță de 8000 de mile. În mod ideal, o serie de mai multe radiotelescoape la diferite distanțe de separare ar lucra împreună pentru a optimiza dimensiunea efectivă a zonei de colectare, precum și pentru a îmbunătăți rezoluția instrumentului.

Odată cu crearea tehnologiilor avansate de comunicare și sincronizare, a devenit posibilă utilizarea telescoapelor care există la distanțe mari unele de altele (din diverse puncte de pe glob și chiar pe orbită în jurul Pământului). Cunoscută sub denumirea de interferometrie de bază foarte lungă (VLBI), această tehnică îmbunătățește semnificativ capacitățile individuale ale telescoapelor radio și permite cercetătorilor să sondeze unele dintre cele mai dinamice obiecte din univers..

Relația radioului cu radiațiile cu microunde

Banda de unde radio se suprapune și cu banda cu microunde (1 milimetru la 1 metru). De fapt, ceea ce se numește în mod obișnuit radio astronomie, este într-adevăr astronomie cu microunde, deși unele instrumente radio detectează lungimi de undă mult peste 1 metru.

Aceasta este o sursă de confuzie, deoarece unele publicații vor enumera separat benzile cu microunde și benzile radio, în timp ce altele vor folosi pur și simplu termenul „radio” pentru a include atât banda clasică de radio, cât și banda de microunde..

Editat și actualizat de Carolyn Collins Petersen.