Lumina stelelor de fundal a universului este de două ori mai strălucitoare decât era de așteptat

Chiar și atunci când eliminați stelele strălucitoare, praful strălucitor și alte puncte de lumină din apropiere de pe cerul întunecat și întunecat, rămâne o strălucire de fundal. Acea strălucire vine din marea cosmică a galaxiilor îndepărtate, primele stele care au ars, gaze îndepărtate care se coalesc – și, se pare, altceva din amestec care se sustrage cercetătorilor.

Astronomii au estimat cantitatea de lumină vizibilă care pătrunde în cosmos prin antrenarea navei spațiale New Horizons, care a zburat pe lângă Pluto în 2015, într-un loc de pe cer în mare parte lipsit de stele și galaxii din apropiere (SN: 15/12/15). Această estimare ar trebui să se potrivească cu măsurătorile cantității totale de lumină provenind din galaxii de-a lungul istoriei universului. Dar nu este așa, raportează cercetătorii în 1 martie Scrisori din jurnalul astrofizic.

„Se pare că galaxiile despre care știm pot reprezenta aproximativ jumătate din nivelul pe care îl vedem”, spune Tod Lauer, astronom la NOIRLab al Fundației Naționale de Știință din Tucson, Arizona.

Timp de zeci de ani, astronomii au măsurat lumina de fundal extragalactică în diferite lungimi de undă, de la unde radio la raze gamma (SN: 23/08/13; SN: 29/11/18). Aceasta oferă un recensământ al universului și oferă cercetătorilor indicii despre procesele care emit acele tipuri de lumină.

Dar lumina vizibilă de fundal – numită fundalul optic cosmic sau COB – este dificil de măsurat din sistemul solar interior. Aici, o mulțime de praf interplanetar împrăștie lumina soarelui, spălând COB-ul mult mai slab. Nava spațială New Horizons, care vizitează Pluto, este totuși suficient de departe de soare încât lumina soarelui împrăștiată să nu inunde imaginile navei spațiale.

fotografie a unei coloane de lumină deasupra luminii soarelui la orizont, făcută la Observatorul La Silla din Chile
Lumina soarelui care împrăștie praful din apropierea Pământului este o fotografie minunată (văzută aici de la Observatorul La Silla din Chile ca o coloană de lumină), dar împiedică observarea fundalului cosmic slab.Y. Beletsky/ESO

Așadar, în septembrie 2021, Lauer și colegii au îndreptat camera LORRI a navei spațiale spre un petic de cer și au făcut o grămadă de fotografii. Ei au îndepărtat digital toate sursele cunoscute de lumină – stele individuale, galaxii din apropiere, chiar și căldură de la sursa de energie nucleară a navei spațiale (SN: 2/18/16) — și a măsurat ceea ce a rămas pentru a estima COB.

Apoi au folosit arhive mari de observații ale galaxiilor, precum cele de la Telescopul Spațial Hubble, pentru a calcula lumina emisă de toate galaxiile din univers. COB măsurat este de aproximativ de două ori mai luminos decât acel calcul.

În timp ce grupul lui Lauer a observat anterior o discrepanță, această nouă măsurătoare dezvăluie o diferență mai mare și cu o incertitudine mai mică. „Există clar o anomalie. Acum trebuie să încercăm să o înțelegem și să o explicăm”, spune coautorul Marc Postman, astronom la Institutul de Știință al Telescopului Spațial din Baltimore, Maryland.

Există mai multe motive astronomice care ar putea explica discrepanța. Poate, spune Postman, stele necinstite dezbrăcate din galaxii rămân în spațiul intergalactic. Sau poate, spune el, există „o populație foarte slabă de galaxii foarte compacte care sunt chiar sub limitele de detectare ale lui Hubble”. Dacă este cel din urmă caz, astronomii ar trebui să știe în următorii doi ani, deoarece telescopul spațial James Webb lansat recent de NASA va vedea aceste galaxii și mai slabe (SN: 10/6/21).

O altă posibilitate este că cercetătorii au omis ceva în analiza lor. „Mă bucur că s-a făcut; este absolut o măsurătoare necesară”, spune astrofizicianul Michael Zemcov de la Institutul de Tehnologie Rochester din New York, care nu a fost implicat în acest studiu. Poate că le lipsește o strălucire suplimentară de la sonda spațială New Horizons și instrumentul său LORRI, sau nu au luat în considerare o lumină suplimentară din prim-plan. „Cred că există o conversație acolo despre detalii.”

Lumina care se reflectă în praful Căii Lactee, de exemplu, este „o fiară foarte subtilă”, spune Zemcov, „și incertitudinile noastre probabil vor fi dominate de ea la un moment dat, doar pentru că nu este foarte bine înțeleasă”. Mai multe proiecte din următorii câțiva ani, cum ar fi experimentul CIBER-2 și misiunea spațială SPHEREx, ar putea ajuta astronomii să înțeleagă această lumină neplăcută împrăștiată de praf, spune Zemcov.

În plus, el și membrul grupului său de cercetare, astrofizicianul Teresa Symons, cercetează cu atenție sute de imagini vechi LORRI ale cerului întunecat și își desfășoară propriile analize. Între timp, Lauer și colegii săi vor face mai multe fotografii ale altor pete de cer cu LORRI pentru a-și întări încrederea în măsurarea luminii de fundal și pentru a înțelege mai bine intruziunile de la nava spațială în sine.

„Se întâmplă ceva la care nu ne așteptam”, spune Zemcov, „care este locul unde intervine partea distractivă a științei”.