Forskere måler universets lysstyrke med NASAs New Horizons -rumfartøj

Billeder taget af NASAs New Horizons -mission på vej til Pluto, og nu Kuiperbæltet, har givet forskere et uventet værktøj til at måle lysstyrken på alle galakser i universet, sagde en forsker fra Rochester Institute of Technology i et papir, der blev offentliggjort i denne uge i Naturkommunikation .

I undersøgelsen, "Måling af den kosmiske optiske baggrund ved hjælp af Long Range Reconnaissance Imager på nye horisonter, "hovedforfatter Michael Zemcov brugte arkivdata fra instrumentet ombord på New Horizons - Long Range Reconnaissance Imager, eller LORRI - for at måle synligt lys fra andre galakser. Lyset, der skinner ud over Mælkevejen, er kendt som den kosmiske optiske baggrund. Zemcovs fund giver en øvre grænse for mængden af ​​lys i den kosmiske optiske baggrund.

"At bestemme, hvor meget lys der kommer fra alle galakser ud over vores egen Mælkevejs galakse, har været en stædig udfordring inden for observationsastrofysik, sagde Zemcov, adjunkt i RIT's School of Physics and Astronomy og medlem af RIT's Center for Detektorer og Future Photon Initiative.

Lys fra den kosmiske optiske baggrund kan afsløre antallet og placeringen af ​​stjerner, hvordan galakser fungerer og giver indsigt i eksotiske fysiske processers særlige karakter, såsom lys, der kan frembringes, når mørkt stof henfalder. Mørkt stof er det usynlige stof, der menes at udgøre 85 procent af stof i universet.

"Dette resultat viser noget af løftet om at lave astronomi fra det ydre solsystem, "Zemcov sagde." Det, vi ser, er, at den optiske baggrund er helt i overensstemmelse med lyset fra galakser, og vi ser ikke behov for en masse ekstra lysstyrke; der henviser til, at tidligere målinger fra nær Jorden har brug for meget ekstra lysstyrke. Undersøgelsen er et bevis på, at denne form for måling er mulig fra det ydre solsystem, og at LORRI er i stand til at gøre det. "

Rumfartøjer i det ydre solsystem giver forskere virtuelle forreste sæder til at observere den kosmiske optiske baggrund. Det svage lys fra fjerne galakser er svært at se fra det indre solsystem, fordi det er forurenet af sollysets lysstyrke, der reflekteres fra interplanetarisk støv i det indre solsystem.

Kosmisk støv er sodede stenstykker og små snavs, der bevægede sig, over tid, fra det ydre solsystem mod solen. Forskere, der iværksætter eksperimenter med sondende raketter og satellitter, skal tage højde for støvet, der gør Jordens atmosfære mange gange lysere end den kosmiske optiske baggrund.

NASA's New Horizons -mission er blevet finansieret gennem 2021, og Zemcov håber på chancen for at bruge Long Range Reconnaissance Imager til at måle lysstyrken på den kosmiske optiske baggrund igen.

"NASA sender missioner til det ydre solsystem en gang om et årti eller deromkring, "Sagde Zemcov." Det, de sender, går typisk til planeter, og instrumenterne ombord er designet til at se på dem, ikke at lave astrofysik. Målinger kunne være designet til at optimere denne teknik, mens LORRI stadig fungerer. "

Zemcovs metode går tilbage til NASAs første langdistancemissioner Pioneer 10 og 11 i 1972 og 1974. Lysdetektorer på instrumenterne målte lysstyrken på objekter uden for Mælkevejen og udgjorde det første direkte benchmark for den kosmiske optiske baggrund.

"Med en omhyggeligt designet undersøgelse, vi burde være i stand til at producere en endelig måling af det diffuse lys i lokaluniverset og en stram begrænsning af lyset fra galakser i de optiske bølgebånd, "Sagde Zemcov.

Arkiverede data fra New Horizons Long Range Reconnaissance Imager viser "kraften fra LORRI til præcise lavforgrundsmålinger af den kosmiske optiske baggrund, "Zemcov skrev i avisen.

Chi Nguyen, en ph.d. studerende i RIT's astrofysiske videnskabs- og teknologiprogram, minedatasæt fra New Horizons 'lancering i 2006, Jupiter fly-by og cruise fase. Hun isolerede fire forskellige pletter på himlen mellem Jupiter og Uranus, fanget i 2007, 2008 og 2010, der opfyldte deres kriterier:at kigge væk fra solsystemet og se ud af galaksen.

Valmue Immel, en bachelor i matematik og datalogi, genererede dataskæringer og bestemte den fotometriske kalibrering af instrumentet. Andre medforfattere omfatter Asantha Cooray fra University of California Irvine; Carey Lisee fra Johns Hopkins University; og Andrew Poppe fra UC Berkeley. Zemcov er tilknyttet Jet Propulsion Laboratory.