As observações do Observatório de Arecibo da estrutura do hidrogênio neutro da galáxia confirmam a descoberta de uma contribuição inesperada para as medições da radiação cósmica de fundo observada pelas espaçonaves WMAP e Planck. Uma compreensão precisa das fontes de radiação de primeiro plano (galácticas) observadas por essas duas espaçonaves é essencial para extrair informações sobre a estrutura de pequena escala na radiação cósmica de fundo que se acredita ser um indicativo de eventos no universo primitivo.

A nova fonte de radiação na faixa de 22 a 100 GHz observada pelo WMAP e Planck parece ser a emissão de elétrons frios (conhecida como emissão livre). Embora cosmologistas tenham corrigido este tipo de radiação de elétrons quentes associados a nebulosas galácticas, onde as temperaturas da fonte são de milhares de graus, o novo modelo requer temperaturas de elétrons de cerca de 100 K.

O espectro das características de pequena escala observadas por WMAP e Planck nesta faixa de frequência é quase plano - uma descoberta consistente com as fontes sendo associadas ao Big Bang. À primeira vista, parece que o espectro esperado da emissão por elétrons galácticos frios, que existem em todo o espaço interestelar, seria muito íngreme para caber os dados. Contudo, se as fontes de emissão têm um tamanho angular pequeno em comparação com a largura do feixe usado nas espaçonaves WMAP e Planck, os sinais que eles gravam seriam diluídos. As larguras do feixe aumentam com frequência menor, e o resultado líquido dessa "diluição do feixe" é produzir um espectro aparentemente plano na faixa de 22 a 100 GHz.

"Foi a diluição do feixe que foi o insight principal, "observou o Dr. Gerrit Verschuur, astrônomo emérito do Observatório de Arecibo e autor principal do artigo. "A emissão de uma fonte não resolvida pode imitar o espectro plano observado por WMAP e Planck."

O modelo que invoca a emissão de elétrons frios não só dá o espectro plano observado geralmente atribuído a fontes cósmicas, mas também prevê valores para a escala angular e temperatura para os volumes emissores. Essas previsões podem então ser comparadas com as observações da estrutura galáctica reveladas na pesquisa HI Galactic Arecibo L-Band Feed Array (GALFA).

"O meio interestelar é muito mais surpreendente e importante do que acreditamos, "observou o Dr. Joshua Peek, astrônomo do Space Telescope Science Institute e co-investigador da pesquisa GALFA-HI. "Arecibo, com sua combinação de grande área e alta resolução, continua sendo uma ferramenta espetacular e de ponta para comparar mapas ISM com conjuntos de dados cosmológicos. "

As escalas angulares das menores feições observadas em mapas de hidrogênio neutro feitos em Arecibo e a temperatura do gás aparentemente associado combinam extremamente bem com os cálculos do modelo. Até agora, apenas três áreas bem estudadas foram analisadas com tanto detalhe, mas mais trabalho está sendo planejado.

"Foi o acordo entre as previsões do modelo e as observações do GALFA-HI que me convenceu de que poderíamos estar certos, "observou a Dra. Joan Schmelz, Diretor, Universidades Space Research Association (USRA) no Observatório de Arecibo e um co-autor do artigo. "Esperamos que esses resultados nos ajudem a entender a verdadeira natureza cosmológica dos dados de Planck e WMAP."

Os dados sugerem que a estrutura e a física da matéria interestelar difusa, em particular de gás hidrogênio frio e elétrons associados, pode ser mais complexo do que até agora considerado. Tais complexidades precisam ser levadas em consideração a fim de produzir melhores máscaras de primeiro plano para aplicação às observações contínuas de alta frequência de Planck e WMAP na busca por um sinal cosmologicamente significativo.

A Dra. Joan Schmelz da USRA apresentará essas descobertas em 4 de janeiro, 2017, em uma conferência de imprensa na reunião da American Astronomical Society (AAS) em Grapevine, Texas.