Thermische Strahlung
Da ist zum einen Teil die so genannte thermische Strahlung "schwarzer Körper" zu nennen, die, vereinfacht ausgedrückt, durch die Wärmebewegung der Elementarteilchen im inneren von Festkörpern entsteht. Alltägliche Körper wie Gebäude, Bäume oder Steine, aber auch Lebewesen strahlen "Wärme"-Energie in Form von elektromagnetischen Wellen, also Radiowellen aus. Diese können mit einem geeigneten, empfindlichen Empfangsapparat nachgweisen werden. Die Körper sind selbst zum Teil schlechte elektrische Leiter, die nur wenige freie Elektronen besitzen. Trotzdem emittieren sie Radiowellen. Eine Erklärung dafür ergibt sich aus den ständigen Bewegung der Moleküle bzw. der Atome aus denen Körper aufgebaut sind. Diese ständige Unruhe auf kleinsten Größenskalen stellt letztendlich die Wärmeenergie eines Körpers dar. Obwohl die Atome und Moleküle eines festen Körpers eng miteinander verbunden sind, bewirkt ihre Wärmeenergie, dass sie ständig um einen angenommenen Ruhepunkt schwingen. In dessen Folge sind die klassischen Komponenten der Atome, also der Atomkern und die Elektronen ständig kleinen Schwingungen unterworfen. Diese andauernde Bewegung erzeugt die natürliche thermische Strahlung eines festen Körpers.
Die Stärke der dabei bei verschiedenen Wellenlängen zu erwartenden Strahlung, also das Frequenzspektrum wurde für einen vollkommenen Strahler, einen sogenannten "schwarzen Körper", durch den Physiker Max Plank theoretisch abgeleitet. Der Absorbtionsgrad eines Körpers ist dabei umso größer je mehr Strahlung er aussendet. Für einen grell leuchtenden Körper von ca. 5600 Kelvin wie zum Beispiel unsere Sonne, liegt das Strahlungsmaximum bei einer Wellenlänge von 580 Nanometer, also im hellgelben Licht.
Weiterhin gibt heißes (>>5000 K) und damit ionisiertes, interstellares Gas in wolkenartigen Ansammlungen innerhalb unserer Milchstraßengalaxie ebenfalls eine thermische Radiostrahlung ab, die nach ihrer Entstehungsweise „Frei-Frei Strahlung“ genannt wird. Die Elektonen im Plasma sind dabei teilweise von den Atomen gelöst und bewegen sich frei durch das ionisierte Gas. Werden die Elektronen auf ihrer Bahn in der Nähe eines positiv geladenen Atomrumpfes abgelenkt, wird eine elektromagnetische Welle abgestrahlt. Die Intensität dieser Strahlung hängt von der Temperatur des Gases sowie der Dichte der freien Elektronen im Plasma ab. Die Temperatur ionisierter Gaswolken wird unter anderem auch durch ihre unmittelbare Umgebung bestimmt. In Sternentstehungsgebieten heizt die starke UV-Strahlung junger Sterne das umgebende Gas kräftig auf. Dabei werden hohe Plasmatemperaturen erreicht, die die Wolken im Radiolicht hell leuchten lassen wie zum Beispiel die Region um den Wolkenkomplex im Sternbild Orion.
Neben dieser thermischen Radiostrahlung, die unpolarisiert auftritt, gibt es noch die so genannte Synchotronstrahlung. An dieser Radiostrahlung kann meist eine Polarisation nachgewiesen werden. Während die termischen Radioemissionen zu höheren Frequenzen hin abnehmen nimmt die Intensität der Synchotronstrahlung im Radiobereich des elektromagnetischen Frequenzspektrum nach oben hin zu.
Grafik: Ruta Kale, TIFR 2015
Synchotronstrahlung
Plasmastrukturen, also ionisierte Gase, welche sich mit hoher Geschwindigkeit (nahe der Lichtgeschwindigkeit) durch ein Magnetfeld bewegen geben ebenfalls Radiostrahlung ab, die auf Grund ihrer Entstehungsweise Synchotronstrahlung genannt wird. Ein Synchotron ist ein labortechnischer Apparat in dem Elektronen auf Kreisbahnen auf sehr große Geschwindigkeiten beschleunigt werden. Synchrotonstrahlung entsteht immer dann, wenn Elektronen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit in ein Magnetfeld eintreten und abgelenkt werden. Durch die Lorentzkraft wird dann ein Elektron, das sich eigentlich auf einer geraden Bahn bewegt, auf eine Spiralbahn gezwungen. Hierbei treten Energieverluste auf, die in Form von Radiowellen ausgestrahlt werden. Als mögliche Quellen hierfür kommen zum Beispiel stellare Objekte (Radiosterne) oder ferne, galaktische Objekte mit Plasmajets (Radiogalaxien wie M87 (Virgo A), Quasare wie 3C273) in Frage.
Grundsätzlich handelt es sich praktisch bei fast allen kosmischen Radioemissionen nicht um Radiowellen einer ganz bestimmten Frequenz, so wie wir das vom Hörfunk oder vom Fernsehen her kennen. Die thermische Radiostrahlung zum Beispiel entsteht, wie wir gesehen haben auf einer großen Bandbreite zwischen einigen Kelvin bis hin zu mehr als 10.000 Kelvin Anregungstemperatur. Sie äußert sich ganz unspektakulär als statistisch verteiltes Rauschen über alle Wellenlängen bzw. Frequenzen. Dieses Signal ist praktisch immer und überall vorhanden. Allerdings ist seine Intensität gering und es gleicht zum Verwechseln jenem Rauschen das Radioempfänger üblicher Weise selbst erzeugen.
Tatsächlich sind einige Prozent des Rauschens, dass ein handelüblicher Fernsehempfänger zwischen den einzelnen Kanälen der Fernsehsender als schwarz-weisses Geflimmer auf dem Bildschirm darstellt, extraterrestrischen Ursprungs.