Per decenni, gli astronomi si sono interrogati sull'esatta fonte di un particolare tipo di debole luce a microonde proveniente da un certo numero di regioni della Via Lattea. Nota come emissione anomala di microonde (AME), questa luce proviene dall'energia rilasciata da nanoparticelle in rapida rotazione, frammenti di materia così piccoli da non essere rilevabili dai normali microscopi. (Il periodo su una pagina stampata media è di circa 500, 000 nanometri di diametro.)

"Anche se sappiamo che qualche tipo di particella è responsabile di questa luce a microonde, la sua fonte precisa è stata un enigma da quando è stata rilevata per la prima volta quasi 20 anni fa, " ha detto Jane Greaves, un astronomo dell'Università di Cardiff in Galles e autore principale di un articolo che annuncia questo risultato in Astronomia della natura .

Fino ad ora, si pensava che il colpevole più probabile di questa emissione di microonde fosse una classe di molecole organiche note come idrocarburi policiclici aromatici (IPA) - molecole a base di carbonio che si trovano in tutto lo spazio interstellare e riconosciute dai distinti, tuttavia emettono una debole luce infrarossa (IR). Nanodiamanti, in particolare nanodiamanti idrogenati, quelli irti di molecole portatrici di idrogeno sulla loro superficie, emettono anche naturalmente nella porzione infrarossa dello spettro, ma a una lunghezza d'onda diversa.

Una serie di osservazioni con il Green Bank Telescope (GBT) della National Science Foundation in West Virginia e l'Australia Telescope Compact Array (ATCA) ha, per la prima volta, mirato a tre chiare sorgenti di luce AME, i dischi protoplanetari che circondano le giovani stelle note come V892 Tau, HD97048, e MWC 297. Il GBT ha osservato V892 Tau e l'ATCA ha osservato gli altri due sistemi.

"Questa è la prima chiara rilevazione di emissioni anomale di microonde provenienti da dischi protoplanetari, ", ha affermato David Frayer, coautore del documento e astronomo del Green Bank Observatory.

Gli astronomi notano anche che la luce infrarossa proveniente da questi sistemi corrisponde alla firma unica dei nanodiamanti. Altri dischi protoplanetari in tutta la Via Lattea, però, hanno la chiara firma a infrarossi degli IPA ma non mostrano segni della luce AME.

Ciò suggerisce fortemente che gli IPA non sono la misteriosa fonte di radiazioni anomale a microonde, come un tempo pensavano gli astronomi. Piuttosto, nanodiamanti idrogenati, che si formano naturalmente all'interno dei dischi protoplanetari e si trovano nei meteoriti sulla Terra, sono la fonte più probabile di luce AME nella nostra galassia.

"In un metodo alla Sherlock Holmes per eliminare tutte le altre cause, possiamo affermare con sicurezza che il miglior candidato in grado di produrre questo bagliore a microonde è la presenza di nanodiamanti attorno a queste stelle appena formate, " ha detto Greaves. Sulla base delle loro osservazioni, gli astronomi stimano che fino all'1-2% del carbonio totale in questi dischi protoplanetari sia stato utilizzato per formare nanodiamanti.

L'evidenza per i nanodiamanti nei dischi protoplanetari è cresciuta negli ultimi decenni. Questo è, però, la prima chiara connessione tra nanodiamanti e AME in qualsiasi ambiente.

I modelli statistici supportano anche fortemente la premessa che i nanodiamanti sono abbondanti intorno alle stelle neonate e sono responsabili dell'emissione anomala di microonde che si trova lì. "Ce n'è uno su 10, 000 possibilità, o meno, che questa connessione è dovuta al caso, " ha detto Frayer.

Per la loro ricerca, gli astronomi hanno utilizzato il GBT e l'ATCA per esaminare 14 giovani stelle attraverso la Via Lattea alla ricerca di indizi di emissione anomala di microonde. AME è stato visto chiaramente in 3 delle 14 stelle, che sono anche le uniche 3 stelle delle 14 che mostrano la firma spettrale IR dei nanodiamanti idrogenati. "Infatti, questi sono così rari, " nota Greaves, "nessun'altra giovane stella ha l'impronta infrarossa confermata".

Questa scoperta ha implicazioni interessanti per lo studio della cosmologia e la ricerca di prove che il nostro universo sia iniziato con un periodo di inflazione. Se subito dopo il Big Bang, il nostro universo è cresciuto a un ritmo che ha ampiamente superato la velocità della luce, una traccia di quel periodo di inflazione dovrebbe essere vista in una peculiare polarizzazione del fondo cosmico a microonde. Sebbene questa firma di polarizzazione debba ancora essere rilevata in modo definitivo, il lavoro di Greaves e dei suoi colleghi offre qualche speranza che potrebbe essere.

"Questa è una buona notizia per coloro che studiano la polarizzazione del fondo cosmico a microonde, poiché il segnale dei nanodiamanti rotanti sarebbe nella migliore delle ipotesi debolmente polarizzato, "ha detto Brian Mason, un astronomo presso l'Osservatorio Nazionale di Radioastronomia e coautore dell'articolo. "Ciò significa che gli astronomi possono ora realizzare modelli migliori della luce a microonde in primo piano dalla nostra galassia, che deve essere rimosso per studiare il lontano bagliore del Big Bang."

I nanodiamanti probabilmente si formano da un vapore surriscaldato di atomi di carbonio in regioni di formazione stellare altamente energizzate. Questo non è diverso dai metodi industriali per creare nanodiamanti sulla Terra.

In astronomia, i nanodiamanti sono speciali in quanto la loro struttura produce quello che è noto come "momento dipolare, una disposizione di atomi che consente loro di emettere radiazioni elettromagnetiche quando ruotano. Poiché queste particelle sono così piccole, più piccole delle normali particelle di polvere in un disco protoplanetario, esse sono in grado di girare eccezionalmente veloce, emettendo radiazioni nell'intervallo delle microonde piuttosto che nell'intervallo della lunghezza d'onda del metro, dove le radiazioni galattiche e intergalattiche probabilmente lo sommergerebbero.

"Questa è una soluzione interessante e inaspettata per il puzzle delle radiazioni anomale a microonde, " ha concluso Greaves. "È ancora più interessante che sia stato ottenuto osservando i dischi protoplanetari, far luce sulle caratteristiche chimiche dei primi sistemi solari, compreso il nostro».

"È un risultato entusiasmante, " ha concluso la coautrice Anna Scaife dell'Università di Manchester. "Non capita spesso di mettere parole nuove a brani famosi, ma "AME in the Sky with Diamonds" sembra un modo premuroso di riassumere la nostra ricerca."

Futuri strumenti a onde centimetriche, come i previsti ricevitori Band 1 su ALMA e il Next Generation Very Large Array, sarà in grado di studiare questo fenomeno in modo molto più dettagliato. Ora che esiste un modello fisico e, per la prima volta, una chiara firma spettrale, gli astronomi si aspettano che la nostra comprensione migliorerà rapidamente.