Las observaciones del Observatorio de Arecibo de la estructura galáctica de hidrógeno neutro confirman el descubrimiento de una contribución inesperada a las mediciones del fondo cósmico de microondas observado por la nave espacial WMAP y Planck. Una comprensión precisa de las fuentes de radiación en primer plano (galácticas) observadas por estas dos naves espaciales es esencial para extraer información sobre la estructura a pequeña escala en el fondo de microondas cósmico que se cree que es indicativo de eventos en el universo temprano.

La nueva fuente de radiación en el rango de 22 a 100 GHz observada por WMAP y Planck parece ser la emisión de electrones fríos (conocida como emisión libre libre). Si bien los cosmólogos han corregido este tipo de radiación de electrones calientes asociados con nebulosas galácticas donde las temperaturas de la fuente son miles de grados, el nuevo modelo requiere temperaturas de electrones más como unos 100 K.

El espectro de las características a pequeña escala observadas por WMAP y Planck en este rango de frecuencia es casi plano, un hallazgo consistente con las fuentes asociadas con el Big Bang. A primera vista, parece que el espectro esperado de la emisión de electrones galácticos fríos, que existen en todo el espacio interestelar, sería demasiado empinado para ajustarse a los datos. Sin embargo, si las fuentes de emisión tienen un tamaño angular pequeño en comparación con el ancho del haz utilizado en las naves espaciales WMAP y Planck, las señales que registran se diluirán. Los anchos de haz aumentan con menor frecuencia, y el resultado neto de esta "dilución del haz" es producir un espectro aparentemente plano en el rango de 22 a 100 GHz.

"La dilución del rayo fue la clave, "señaló el Dr. Gerrit Verschuur, astrónomo emérito del Observatorio de Arecibo y autor principal del artículo. "La emisión de una fuente no resuelta podría imitar el espectro plano observado por WMAP y Planck".

El modelo que invoca la emisión de electrones fríos no solo proporciona el espectro plano observado normalmente atribuido a las fuentes cósmicas, sino que también predice valores para la escala angular y la temperatura de los volúmenes emitidos. Esas predicciones pueden luego compararse con las observaciones de la estructura galáctica reveladas en el estudio HI de Galactic Arecibo L-Band Feed Array (GALFA).

"El medio interestelar es mucho más sorprendente e importante de lo que le hemos dado crédito, "señaló el Dr. Joshua Peek, astrónomo del Space Telescope Science Institute y coinvestigador de la encuesta GALFA-HI. "Arecibo, con su combinación de área grande y alta resolución, sigue siendo una herramienta espectacular y de vanguardia para comparar mapas ISM con conjuntos de datos cosmológicos ".

Las escalas angulares de las características más pequeñas observadas en los mapas de hidrógeno neutro hechos en Arecibo y la temperatura del gas aparentemente asociado coinciden extremadamente bien con los cálculos del modelo. Hasta ahora solo se han analizado con tanto detalle tres áreas bien estudiadas, pero se está planificando más trabajo.

"Fue el acuerdo entre las predicciones del modelo y las observaciones de GALFA-HI lo que me convenció de que podríamos estar en algo, "señaló el Dr. Joan Schmelz, Director, Asociación de Investigación Espacial de Universidades (USRA) en el Observatorio de Arecibo y coautor del artículo. "Esperamos que estos resultados nos ayuden a comprender la verdadera naturaleza cosmológica de los datos de Planck y WMAP".

Los datos sugieren que la estructura y la física de la materia interestelar difusa, en particular de gas hidrógeno frío y electrones asociados, puede ser más complejo de lo que se consideró hasta ahora. Estas complejidades deben tenerse en cuenta para producir mejores máscaras de primer plano para su aplicación a las observaciones continuas de alta frecuencia de Planck y WMAP en la búsqueda de una señal cosmológicamente significativa.

El Dr. Joan Schmelz de la USRA presentará estos hallazgos el 4 de enero de 2017, en una conferencia de prensa en la reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense (AAS) en Grapevine, Texas.