Por décadas, Los astrónomos se han preguntado sobre la fuente exacta de un tipo peculiar de luz de microondas tenue que emana de varias regiones de la Vía Láctea. Conocido como emisión de microondas anómala (AME), esta luz proviene de la energía liberada por nanopartículas que giran rápidamente, trozos de materia tan pequeños que desafían la detección por microscopios comunes. (El período en una página impresa promedio es de aproximadamente 500, 000 nanómetros de ancho.)

"Aunque sabemos que algún tipo de partícula es responsable de esta luz de microondas, su fuente precisa ha sido un enigma desde que se detectó por primera vez hace casi 20 años, "dijo Jane Greaves, astrónomo de la Universidad de Cardiff en Gales y autor principal de un artículo que anuncia este resultado en Astronomía de la naturaleza .

Hasta ahora, Se pensaba que el culpable más probable de esta emisión de microondas era una clase de moléculas orgánicas conocidas como hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), moléculas a base de carbono que se encuentran en todo el espacio interestelar y son reconocidas por las distintas características. sin embargo, emiten una tenue luz infrarroja (IR). Nanodiamantes, en particular nanodiamantes hidrogenados, los que están llenos de moléculas portadoras de hidrógeno en sus superficies, también emiten naturalmente en la porción infrarroja del espectro, pero en una longitud de onda diferente.

Una serie de observaciones con el Green Bank Telescope (GBT) de la National Science Foundation en West Virginia y el Australia Telescope Compact Array (ATCA) se ha concentrado, por primera vez, en tres fuentes claras de luz AME, los discos protoplanetarios que rodean a las estrellas jóvenes conocidas como V892 Tau, HD 97048, y MWC 297. El GBT observó V892 Tau y la ATCA observó los otros dos sistemas.

"Esta es la primera detección clara de una emisión de microondas anómala proveniente de discos protoplanetarios, ", dijo David Frayer, coautor del artículo y astrónomo del Observatorio Green Bank.

Los astrónomos también señalan que la luz infrarroja que proviene de estos sistemas coincide con la firma única de los nanodiamantes. Otros discos protoplanetarios a lo largo de la Vía Láctea, sin embargo, tienen la firma infrarroja clara de los PAH pero no muestran signos de la luz AME.

Esto sugiere fuertemente que los PAH no son la fuente misteriosa de radiación de microondas anómala, como alguna vez pensaron los astrónomos. Bastante, nanodiamantes hidrogenados, que se forman naturalmente dentro de discos protoplanetarios y se encuentran en meteoritos en la Tierra, son la fuente más probable de luz AME en nuestra galaxia.

"En un método similar al de Sherlock Holmes para eliminar todas las demás causas, podemos decir con seguridad que el mejor candidato capaz de producir este brillo de microondas es la presencia de nanodiamantes alrededor de estas estrellas recién formadas, "dijo Greaves. Según sus observaciones, los astrónomos estiman que hasta el 1-2 por ciento del carbono total en estos discos protoplanetarios se ha convertido en nanodiamantes.

La evidencia de nanodiamantes en discos protoplanetarios ha aumentado durante las últimas décadas. Este es, sin embargo, la primera conexión clara entre los nanodiamantes y AME en cualquier entorno.

Los modelos estadísticos también apoyan firmemente la premisa de que los nanodiamantes son abundantes alrededor de las estrellas recién nacidas y son responsables de la emisión de microondas anómala que se encuentra allí. "Hay uno en 10, 000 oportunidad, o menos, que esta conexión se debe al azar, "dijo Frayer.

Para su investigación, Los astrónomos utilizaron el GBT y el ATCA para estudiar 14 estrellas jóvenes a lo largo de la Vía Láctea en busca de indicios de emisión de microondas anómala. AME se vio claramente en 3 de las 14 estrellas, que también son las únicas 3 estrellas de las 14 que muestran la firma espectral IR de los nanodiamantes hidrogenados. "De hecho, estos son tan raros, "señala Greaves, "ninguna otra estrella joven tiene la huella infrarroja confirmada".

Esta detección tiene implicaciones interesantes para el estudio de la cosmología y la búsqueda de evidencia de que nuestro universo comenzó con un período de inflación. Si inmediatamente después del Big Bang, nuestro universo creció a un ritmo que superó ampliamente la velocidad de la luz, Un rastro de ese período de inflación debe verse en una polarización peculiar del fondo cósmico de microondas. Aunque esta firma de polarización aún no se ha detectado de manera concluyente, el trabajo de Greaves y sus colegas ofrece alguna esperanza de que podría serlo.

"Esta es una buena noticia para quienes estudian la polarización del fondo cósmico de microondas, dado que la señal de los nanodiamantes giratorios estaría débilmente polarizada en el mejor de los casos, "dijo Brian Mason, astrónomo del Observatorio Nacional de Radioastronomía y coautor del artículo. "Esto significa que los astrónomos ahora pueden hacer mejores modelos de la luz de microondas en primer plano de nuestra galaxia, que debe eliminarse para estudiar el lejano resplandor del Big Bang ".

Es probable que los nanodiamantes se formen a partir de un vapor sobrecalentado de átomos de carbono en regiones de formación de estrellas altamente energizadas. Esto no es diferente a los métodos industriales de crear nanodiamantes en la Tierra.

En astronomía, Los nanodiamantes son especiales porque su estructura produce lo que se conoce como un "momento dipolar", una disposición de átomos que les permite emitir radiación electromagnética cuando giran. Debido a que estas partículas son tan pequeñas, más pequeñas que las partículas de polvo normales en un disco protoplanetario, son capaces de girar excepcionalmente rápido, emitiendo radiación en el rango de microondas en lugar de en el rango de longitud de onda del metro, donde la radiación galáctica e intergaláctica probablemente lo ahogaría.

"Esta es una resolución genial e inesperada del rompecabezas de la radiación de microondas anómala, "concluyó Greaves." Es aún más interesante que se haya obtenido al observar discos protoplanetarios, arrojar luz sobre las características químicas de los primeros sistemas solares, incluido el nuestro ".

"Es un resultado emocionante, ", concluyó la coautora Anna Scaife de la Universidad de Manchester." No es frecuente que te encuentres poniendo nuevas palabras a canciones famosas, pero 'AME in the Sky with Diamonds' parece una forma reflexiva de resumir nuestra investigación ".

Futuros instrumentos de ondas centimétricas, como los receptores de Banda 1 planificados en ALMA y el Very Large Array de próxima generación, podrá estudiar este fenómeno con mucho mayor detalle. Ahora que hay un modelo físico y, por primera vez, una clara firma espectral, los astrónomos esperan que nuestra comprensión mejore rápidamente.