Por décadas, os astrônomos ficaram intrigados com a origem exata de um tipo peculiar de luz fraca de micro-ondas que emana de várias regiões da Via Láctea. Conhecida como emissão anômala de microondas (AME), essa luz vem da energia liberada por nanopartículas em rotação rápida - pedaços de matéria tão pequenos que desafiam a detecção por microscópios comuns. (O período em uma página impressa média é de aproximadamente 500, 000 nanômetros de diâmetro.)

"Embora saibamos que algum tipo de partícula é responsável por essa luz de microondas, sua fonte precisa tem sido um quebra-cabeça desde que foi detectada há quase 20 anos, "disse Jane Greaves, um astrônomo da Universidade de Cardiff no País de Gales e autor principal de um artigo que anuncia este resultado em Astronomia da Natureza .

Até agora, o culpado mais provável para esta emissão de microondas foi pensado para ser uma classe de moléculas orgânicas conhecidas como hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs) - moléculas baseadas em carbono encontradas em todo o espaço interestelar e reconhecidas pelos distintos, ainda que emitem luz infravermelha (IR) fraca. Nanodiamonds - particularmente nanodiamantes hidrogenados, aqueles eriçados com moléculas portadoras de hidrogênio em suas superfícies - também emitem naturalmente na porção infravermelha do espectro, mas em um comprimento de onda diferente.

Uma série de observações com o Green Bank Telescope (GBT) da National Science Foundation em West Virginia e o Australia Telescope Compact Array (ATCA) - pela primeira vez - localizou três fontes claras de luz AME, os discos protoplanetários que cercam as estrelas jovens conhecidas como V892 Tau, HD 97048, e MWC 297. O GBT observou V892 Tau e o ATCA observou os outros dois sistemas.

"Esta é a primeira detecção clara de emissão anômala de micro-ondas proveniente de discos protoplanetários, "disse David Frayer, co-autor do jornal e astrônomo do Green Bank Observatory.

Os astrônomos também observam que a luz infravermelha proveniente desses sistemas corresponde à assinatura única dos nanodiamantes. Outros discos protoplanetários em toda a Via Láctea, Contudo, têm a assinatura infravermelha nítida de PAHs, mas não mostram sinais da luz AME.

Isso sugere fortemente que os PAHs não são a fonte misteriosa de radiação de microondas anômala, como os astrônomos pensavam. Em vez, nanodiamantes hidrogenados, que se formam naturalmente em discos protoplanetários e são encontrados em meteoritos da Terra, são a fonte mais provável de luz AME em nossa galáxia.

"Em um método semelhante ao de Sherlock Holmes de eliminar todas as outras causas, podemos dizer com segurança que o melhor candidato capaz de produzir esse brilho de micro-ondas é a presença de nanodiamantes em torno dessas estrelas recém-formadas, "disse Greaves. Com base em suas observações, os astrônomos estimam que até 1-2 por cento do carbono total nesses discos protoplanetários foi para a formação de nanodiamantes.

A evidência de nanodiamantes em discos protoplanetários cresceu nas últimas décadas. Isto é, Contudo, a primeira conexão clara entre nanodiamantes e AME em qualquer configuração.

Os modelos estatísticos também apoiam fortemente a premissa de que os nanodiamantes são abundantes em torno de estrelas infantis e são responsáveis ​​pela emissão anômala de microondas ali encontrada. "Existe um em cada 10, Chance 000, ou menos, que esta conexão se deve ao acaso, "disse Frayer.

Para sua pesquisa, os astrônomos usaram o GBT e o ATCA para pesquisar 14 estrelas jovens na Via Láctea em busca de indícios de emissão anômala de microondas. AME foi claramente visto em 3 das 14 estrelas, que também são as únicas 3 estrelas das 14 que mostram a assinatura espectral IV de nanodiamantes hidrogenados. "Na verdade, estes são tão raros, "observa Greaves, "nenhuma outra jovem estrela tem a marca infravermelha confirmada."

Essa detecção tem implicações interessantes para o estudo da cosmologia e a busca por evidências de que nosso universo começou com um período de inflação. Se imediatamente após o Big Bang, nosso universo cresceu a um ritmo que ultrapassou amplamente a velocidade da luz, um traço desse período de inflação deve ser visto em uma polarização peculiar da radiação cósmica de fundo. Embora essa assinatura de polarização ainda não tenha sido detectada de forma conclusiva, o trabalho de Greaves e seus colegas oferece alguma esperança de que sim.

"Esta é uma boa notícia para aqueles que estudam a polarização da radiação cósmica de fundo, uma vez que o sinal dos nanodiamantes giratórios seria fracamente polarizado, na melhor das hipóteses, "disse Brian Mason, astrônomo do Observatório Nacional de Radioastronomia e co-autor do artigo. "Isso significa que os astrônomos agora podem fazer modelos melhores da luz de micro-ondas do primeiro plano de nossa galáxia, que deve ser removido para estudar o brilho posterior do Big Bang. "

Os nanodiamantes provavelmente se formam a partir de um vapor superaquecido de átomos de carbono em regiões de formação estelar altamente energizadas. Isso não é diferente dos métodos industriais de criação de nanodiamantes na Terra.

Na astronomia, os nanodiamantes são especiais porque sua estrutura produz o que é conhecido como "momento dipolo - um arranjo de átomos que os permite emitir radiação eletromagnética quando giram. Como essas partículas são tão pequenas - menores do que as partículas normais de poeira em um disco protoplanetário - eles são capazes de girar excepcionalmente rápido, emitindo radiação na faixa de microondas, em vez de na faixa de comprimento de onda do metro, onde a radiação galáctica e intergaláctica provavelmente o abafaria.

"Esta é uma resolução legal e inesperada para o quebra-cabeça da radiação de microondas anômala, "concluiu Greaves." É ainda mais interessante que foi obtido olhando para discos protoplanetários, lançando luz sobre as características químicas dos primeiros sistemas solares, incluindo o nosso. "

"É um resultado empolgante, "concluiu a coautora Anna Scaife da Universidade de Manchester." Não é sempre que você se pega colocando novas palavras em canções famosas, mas 'AME no céu com diamantes' parece uma maneira cuidadosa de resumir nossa pesquisa. "

Futuros instrumentos de ondas centimétricas, como os receptores planejados da Banda 1 no ALMA e o Next Generation Very Large Array, será capaz de estudar este fenômeno com muito mais detalhes. Agora que existe um modelo físico e, pela primeira vez, uma assinatura espectral clara, os astrônomos esperam que nossa compreensão melhore rapidamente.