Le osservazioni dell'Osservatorio di Arecibo sulla struttura galattica dell'idrogeno neutro confermano la scoperta di un contributo inaspettato alle misurazioni del fondo cosmico a microonde osservate dal WMAP e dalla sonda Planck. Una comprensione accurata delle sorgenti di radiazione in primo piano (galattiche) osservate da questi due veicoli spaziali è essenziale per estrarre informazioni sulla struttura su piccola scala nel fondo cosmico a microonde che si ritiene sia indicativa di eventi nell'universo primordiale.

La nuova fonte di radiazioni nella gamma da 22 a 100 GHz osservata da WMAP e Planck sembra essere l'emissione di elettroni freddi (nota come emissione libera). Mentre i cosmologi hanno corretto questo tipo di radiazione dagli elettroni caldi associati alle nebulose galattiche dove le temperature della sorgente sono migliaia di gradi, il nuovo modello richiede temperature degli elettroni più simili a pochi 100 K.

Lo spettro delle caratteristiche su piccola scala osservate da WMAP e Planck in questa gamma di frequenze è quasi piatto, una scoperta coerente con le fonti associate al Big Bang. A prima vista sembra che lo spettro atteso dall'emissione di elettroni galattici freddi, che esistono in tutto lo spazio interstellare, sarebbe troppo ripido per adattarsi ai dati. Però, se le sorgenti di emissione hanno una piccola dimensione angolare rispetto alla larghezza del fascio utilizzata nel veicolo spaziale WMAP e Planck, i segnali che registrano sarebbero diluiti. Le larghezze del fascio aumentano con la frequenza più bassa, e il risultato netto di questa "diluizione del fascio" è di produrre uno spettro apparentemente piatto nella gamma da 22 a 100 GHz.

"È stata la diluizione del fascio l'intuizione chiave, " ha osservato il dottor Gerrit Verschuur, astronomo emerito all'Osservatorio di Arecibo e autore principale del paper. "L'emissione da una fonte irrisolta potrebbe imitare lo spettro piatto osservato da WMAP e Planck".

Il modello che invoca l'emissione di elettroni freddi non solo fornisce lo spettro piatto osservato solitamente attribuito a sorgenti cosmiche, ma prevede anche valori per la scala angolare e la temperatura per i volumi emettitori. Tali previsioni possono quindi essere confrontate con le osservazioni della struttura galattica rivelate nell'indagine Galactic Arecibo L-Band Feed Array (GALFA) HI.

"Il mezzo interstellare è molto più sorprendente e importante di quanto gli abbiamo dato credito, " ha osservato il dottor Joshua Peek, un astronomo presso lo Space Telescope Science Institute e un co-investigatore del sondaggio GALFA-HI. "Arecibo, con la sua combinazione di ampia area e alta risoluzione, rimane uno strumento spettacolare e all'avanguardia per confrontare le mappe ISM con i set di dati cosmologici".

Le scale angolari delle più piccole caratteristiche osservate nelle mappe dell'idrogeno neutro realizzate ad Arecibo e la temperatura del gas apparentemente associato corrispondono entrambe molto bene ai calcoli del modello. Finora solo tre aree ben studiate sono state analizzate in modo così dettagliato, ma è in programma altro lavoro.

"È stato l'accordo tra le previsioni del modello e le osservazioni di GALFA-HI che mi ha convinto che potremmo essere su qualcosa, " ha osservato il dottor Joan Schmelz, Direttore, Universities Space Research Association (USRA) presso l'Osservatorio di Arecibo e coautore del documento. "Speriamo che questi risultati ci aiutino a comprendere la vera natura cosmologica dei dati di Planck e WMAP".

I dati suggeriscono che la struttura e la fisica della materia interstellare diffusa, in particolare dell'idrogeno freddo e degli elettroni associati, può essere più complesso di quanto considerato finora. Tali complessità devono essere prese in considerazione per produrre maschere di primo piano migliori da applicare alle osservazioni continue ad alta frequenza di Planck e WMAP alla ricerca di un segnale cosmologicamente significativo.

Il Dr. Joan Schmelz dell'USRA presenterà questi risultati il ​​4 gennaio, 2017, in una conferenza stampa alla riunione dell'American Astronomical Society (AAS) a Grapevine, Texas.