Microgolfastronomie helpt astronomen de kosmos te verkennen

Niet veel mensen denken aan kosmische magnetrons terwijl ze hun eten elke dag luncht als lunch. Hetzelfde soort straling dat een magnetron gebruikt om een ​​burrito te zappen, helpt astronomen het universum te verkennen. Het is waar: microgolfemissies uit de ruimte helpen om een ​​kijkje te nemen in de kinderschoenen van de kosmos. 

Jagen op microgolfsignalen

Een fascinerende set objecten zendt microgolven uit in de ruimte. De dichtstbijzijnde bron van buitenaardse magnetrons is onze zon. De specifieke golflengten van microgolven die het uitzendt, worden geabsorbeerd door onze atmosfeer. Waterdamp in onze atmosfeer kan de detectie van microgolfstraling uit de ruimte verstoren, absorberen en voorkomen dat het aardoppervlak bereikt. Dat leerde astronomen die microgolfstraling in de kosmos bestuderen hun detectoren op grote hoogtes op aarde of in de ruimte te plaatsen. 

Aan de andere kant kunnen microgolfsignalen die wolken en rook kunnen binnendringen onderzoekers helpen de omstandigheden op aarde te bestuderen en de satellietcommunicatie verbeteren. Het blijkt dat microgolfwetenschap op veel manieren nuttig is. 

Microgolfsignalen hebben een zeer lange golflengte. Om ze te detecteren zijn zeer grote telescopen nodig, omdat de grootte van de detector vele malen groter moet zijn dan de stralingsgolflengte zelf. De bekendste microgolfastronomie-observatoria bevinden zich in de ruimte en hebben details onthuld over objecten en gebeurtenissen tot aan het begin van het universum.

Cosmic Microgaves Emitters

Het centrum van onze eigen Melkweg is een microgolfbron, hoewel het niet zo uitgebreid is als in andere, meer actieve sterrenstelsels. Ons zwarte gat (genaamd Boogschutter A *) is vrij rustig, zoals deze dingen gaan. Het lijkt geen enorme jet te hebben en voedt zich slechts af en toe met sterren en ander materiaal dat te dichtbij komt.

Pulsars (roterende neutronensterren) zijn zeer sterke bronnen van microgolfstraling. Deze krachtige, compacte objecten zijn qua dichtheid het tweede na zwarte gaten. Neutronensterren hebben krachtige magnetische velden en snelle rotatiesnelheden. Ze produceren een breed spectrum van straling, met name de microgolfemissie. De meeste pulsars worden meestal 'radiopulsars' genoemd vanwege hun sterke radio-emissies, maar ze kunnen ook 'microgolfhelder' zijn.

Veel fascinerende bronnen van magnetrons liggen ver buiten ons zonnestelsel en sterrenstelsel. Actieve sterrenstelsels (AGN), aangedreven door superzware zwarte gaten aan hun kernen, stoten bijvoorbeeld krachtige stralen van magnetrons uit. Bovendien kunnen deze black hole-motoren enorme stralen plasma produceren die ook helder gloeien op microgolfgolflengten. Sommige van deze plasmastructuren kunnen groter zijn dan de hele melkweg die het zwarte gat bevat.

Het ultieme kosmische magnetronverhaal

In 1964 besloten wetenschappers van de Princeton University David Todd Wilkinson, Robert H. Dicke en Peter Roll om een ​​detector te bouwen om op kosmische microgolven te jagen. Zij waren niet de enigen. Twee wetenschappers van Bell Labs - Arno Penzias en Robert Wilson - bouwden ook een "hoorn" om te zoeken naar magnetrons. Zulke straling was in het begin van de 20e eeuw voorspeld, maar niemand had er iets aan gedaan om het uit te zoeken. De metingen van de wetenschappers uit 1964 toonden een vage "was" van microgolfstraling over de hele hemel. Het blijkt nu dat de zwakke microgolfgloed een kosmisch signaal is uit het vroege universum. Penzias en Wilson wonnen vervolgens een Nobelprijs voor de metingen en analyses die ze maakten die leidden tot de bevestiging van de kosmische magnetronachtergrond (CMB).

Uiteindelijk hebben astronomen het geld gekregen om ruimtegebaseerde microgolfdetectoren te bouwen, die betere gegevens kunnen leveren. Bijvoorbeeld, de Cosmic Microwave Background Explorer (COBE) -satelliet maakte een gedetailleerde studie van deze CMB vanaf 1989. Sindsdien hebben andere waarnemingen met de Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) deze straling gedetecteerd.

De CMB is de nasleep van de oerknal, het evenement dat ons universum in beweging heeft gezet. Het was ongelooflijk heet en energiek. Terwijl de pasgeboren kosmos zich uitbreidde, daalde de dichtheid van de hitte. Kortom, het koelde af en de weinige hitte die er was, werd verspreid over een steeds groter gebied. Tegenwoordig is het universum 93 miljard lichtjaar breed en vertegenwoordigt de CMB een temperatuur van ongeveer 2,7 Kelvin. Astronomen beschouwen die diffuse temperatuur als microgolfstraling en gebruiken de kleine schommelingen in de "temperatuur" van de CMB om meer te weten te komen over de oorsprong en evolutie van het universum.

Tech-talk over magnetrons in het heelal

Microgolven zenden uit bij frequenties tussen 0,3 gigahertz (GHz) en 300 GHz. (Eén gigahertz is gelijk aan 1 miljard Hertz. Een "Hertz" wordt gebruikt om te beschrijven hoeveel cycli per seconde iets uitzendt, waarbij één Hertz één cyclus per seconde is.) Dit frequentiebereik komt overeen met golflengten tussen een millimeter (een- duizendste van een meter) en een meter. Ter referentie: tv- en radio-emissies stoten in een lager deel van het spectrum uit, tussen 50 en 1000 Mhz (megahertz). 

Microgolfstraling wordt vaak beschreven als een onafhankelijke stralingsband, maar wordt ook beschouwd als onderdeel van de wetenschap van radioastronomie. Astronomen noemen straling met golflengtes in de ver-infrarood-, magnetron- en ultrahoge frequentie (UHF) radiobanden als onderdeel van "microgolf" -straling, hoewel ze technisch gezien drie afzonderlijke energiebanden zijn.