太空咆哮：美國宇航局探測到宇宙中最大的聲音，但它是什麼？
2020-08-06 科學天下在太空中，沒有人能聽到你的尖叫，但有了合適的設備，就有可能察覺到轟鳴聲。科學家就是這麼想的早在2006年就發現了當他們開始用一個固定在一個巨大氣球上的複雜儀器在宇宙中尋找遙遠的信號時。這臺儀器能夠從遙遠恆星的熱量中接收到無線電波，但那一年所發生的一切簡直令人震驚。
當儀器從大約23英裡（37公裡）的高度聆聽時，它接收到的信號比宇宙學家預期的要大6倍。因為它的聲音太大，不可能是早期的恆星，而且遠遠大於來自遙遠星系的綜合射電強度，這個強大的信號引起了極大的困惑。即使在今天，科學家們仍然不知道是什麼導致了這種情況。更重要的是，它可能會阻礙人們從在太陽系形成後的第一顆恆星中尋找信號的努力大爆炸 .
探測到神秘咆哮信號的儀器是宇宙學、天體物理學和漫反射發射絕對輻射計（ARCADE）這是美國宇航局為了擴大對宇宙微波背景譜在較低的頻率。
該任務的科學目標-當拱廊高懸於上空地球大氣層，不受我們星球的幹擾-從第一代恆星中尋找熱量，從大爆炸觀察第一批恆星和星系的形成。它通過掃描7%的夜空中的無線電信號來實現這些目標，因為遠距離的光線會隨著距離的推移而失去能量而變成無線電波。
美國宇航局的太空聲音
ARCADE能夠進行「絕對校準的零級」測量，這意味著它是用真實的物理術語而不是相對術語來測量某物的實際亮度。與此形成對比的是，在這兩個不同的天文望遠鏡觀測點。通過觀察所有的「光」並將其與黑體源進行比較，ARCADE能夠看到許多暗光源的組合。就在那時，一個特定信號的強度變得明顯，儘管持續了好幾個月。
美國航天局的科學家戴爾菲克森說：「當我們看到測光表的值達到預期值的六倍時，我們會驚訝地看到這部電影，但實際上我們花了數年時間為氣球飛行做準備，並在一個忙碌的夜晚採集數據。」然後，經過數月的數據分析，首先從信號中分離出儀器效應，然後從信號中分離出星系輻射。因此，這個驚喜在幾個月後逐漸顯露出來，「也就是說，影響仍然巨大。
從那時起，科學家們在尋找描述信號特性的同時，也在尋找輻射的來源。後者很快變得顯而易見。
「這是一種來自四面八方的擴散信號，所以它不是由任何一個物體引起的，」阿爾·科古特說，他是阿卡德團隊的負責人美國宇航局戈達德太空飛行中心在馬裡蘭州的綠帶。」信號也有一個頻譜，或「顏色」，類似於我們自己的無線電發射銀河系 ."
科學家們稱這種信號為「無線電同步加速器背景」——背景是來自許多單獨來源的輻射，並混合在一起形成漫射光。但由於「太空轟鳴」是由同步輻射引起的，同步輻射是由磁場中高能帶電粒子發出的一種輻射，而且每一個輻射源都有相同的特徵光譜，因此很難確定這種強烈信號的來源。
科古特說：「從20世紀60年代末就已經知道，來自遙遠星系的組合射電應該形成一個來自四面八方的漫射背景。」關於空間的一切在電子郵件中。」太空轟鳴聲與這個預期信號類似，但似乎沒有超過6倍星系在遙遠的宇宙中彌補差異，這可能指向一些新的和令人興奮的東西作為源頭。」
太空的轟鳴聲來自銀河系嗎？
這個源頭究竟是在銀河系內部還是外部，目前仍在爭論之中。
科古特說：「有很好的理由解釋為什麼它不可能來自銀河系內部，也有很好的理由解釋為什麼它不能來自銀河系之外。」。
它可能不是來自我們銀河系內部的一個原因是，咆哮聲似乎並沒有遵循銀河系射電輻射的空間分布。但沒有人能肯定地說，這一信號並非來自離家較近的地方——只是說，它的聰明資金來自其他地方。
「我不能說，科學家們已經基本上排除了來自我們星系的射電同步加速器背景的可能性，」物理學助理教授傑克·辛格爾說，他最近主持了一個關於這一問題的研討會然而，我想說，這種解釋似乎不太可能。
「主要原因是它會使我們的星系完全不同於任何類似的星系螺旋星系據我們所知，它並沒有展現出那種巨大的，球狀的，射電的光環，它遠遠超出了銀河系所需要的範圍。還有其他的問題，比如說，這需要對我們的銀河磁場模型進行徹底的重新思考。」
菲克森完全同意。「在其他的旋渦星系中，紅外線和射電輻射之間有著密切的聯繫，即使在其他星系的一小部分區域也是如此，」他說因此，如果它來自我們銀河系周圍的光環，它會使銀河系成為一個怪異的星系，而在其他大多數方面，它看起來像是一個『正常』的螺旋星系。」
基於這些原因，專家認為信號主要來自河外。」它將使它成為目前天空中最有趣的光子背景，因為原粒子數完全未知。但是，由於宇宙如此之大，這並不能將範圍縮小到那麼小，這就是為什麼科學家們一直在努力為信號源提出多種理論。
例如，美國物理學家大衛·布朗說，太空咆哮可能是「弦理論在經驗上的第一次巨大成功」，弦理論是一個包含弦理論的廣泛數學框架。「可能存在一種弗雷德金-沃夫拉姆自動機，它散布在眾多的替代宇宙中，通過無休止地重複所有可能的物理事件來產生周期性的物理時間，」這個假設是，早期的宇宙有比今天更多的真實物質，可以解釋強大的無線電信號。
但如果說得太遠了，還有其他的理論可以讓你深入研究。」射電天文學家觀察了天空，發現了幾種同步輻射源。
同步輻射很容易製造，他說你所需要的就是高能粒子和磁場，到處都是高能粒子，由超新星，恆星風，黑洞，甚至OB星「它們是光譜類型O或早期B型的熾熱大質量恆星，」他說，「星系際空間似乎充滿了非常熱的氣體，因此，如果星系際磁場足夠強（比預測的強），它們可以產生平滑的同步輻射。」。
我們也知道同步輻射與恆星的產生有關。」菲克森說：「這也會產生紅外輻射，因此兩者有密切的相關性。」但也許第一批恆星產生同步輻射，在金屬產生之前，它們並沒有產生太多的紅外線輻射。或許還有一些我們還沒有想到的過程。」
那麼這給我們留下了什麼呢？」辛格爾說：「可能的來源包括擴散的大尺度機制，比如混亂的星系團合併，或者是一種全新的迄今為止未知的宇宙中無數的單個放射源。」但目前在這方面的任何事情都是高度投機的，已經提出的一些建議包括消滅暗物質是第一代恆星和許多其他恆星的超新星
一些科學家建議大星系團可能是其源頭儘管ARCADE的儀器不太可能探測到其中任何一個的輻射。同樣，也有可能信號是從最早的恆星探測到的，也可能是來自許多原本暗淡的射電星系，其累積效應正在被收集。如果他們之間的差距太小了，那麼他們之間的差距就不太可能了。
13年來的謎團將如何解開
辛格爾說：「當然，也有可能是ARCADE和迄今為止其他測量結果之間的誤差重合，這些測量結果誤判了射電同步加速器背景的水平。」這似乎不太可能，因為這些儀器測量的頻率非常不同。」
不管信號是什麼，在探測其他空間物體時也會引起問題。正如美國航天局在過去指出的，最早的恆星隱藏在太空咆哮的背後，這使得它們更難被發現。就好像宇宙是一隻手在給予，另一隻手在拿，但是發現如此不尋常的東西是非常令人興奮的。當你排除了來自原始恆星和已知的放射源，比如銀河系最外層光環中的氣體的起源時，這是一個任何科學家都會津津樂道的謎團。
為了讓科學家們最終解決這個長達13年的難題，迫切需要更多的研究和證據。從目前的情況來看，考慮到新技術的出現，再加上ARCADE精密的一套儀器，浸泡在500多加侖的超冷液氦中，使其更加靈敏，因此，讓ARCADE重新投入使用，肯定不會有什麼害處。
但也有一些新的項目正在興起，這可能會有所幫助。」其中一個將使用300英尺（91米）的射電望遠鏡綠色銀行「在西維吉尼亞州，以更高的精度繪製無線電天空，」科古特說也許這會讓我們對這個謎團有所了解。」
辛格爾當然希望如此。他正致力於綠色銀行望遠鏡項目，利用世界上最大的透明孔徑射電望遠鏡來測量背景的水平，而不是輔助目標。它將使用一個明確的，專門製造的，絕對校準的零級測量，在兆赫（兆赫）頻率，那裡的無線電天空是最亮的。（一兆赫等於一百萬赫茲。）
辛格爾解釋說：「目前，我所在的一個團隊正在開發這種測量方法，他們利用將安裝在望遠鏡上的定製儀器。在同步輻射頻率的測量中，我們又稱之為「測量頻率的另一個極限」。
「這不是它的絕對水平，而是天空中各個地方的細微差別，」辛格爾說對於一些合作者，我正在嘗試在荷蘭使用低頻陣列。這兩個測量結果的一致性有助於確定射電同步加速器的背景是主要是銀河系還是河外起源。除此之外，我認為我們可能需要一些尚未有人想到的輝煌的新起源假說。」
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