New Horizons rumfartøjer besvarer spørgsmålet:Hvor mørkt er rummet?

Hvor mørk er himlen, og hvad fortæller det os om antallet af galakser i det synlige univers? Astronomer kan estimere det samlede antal galakser ved at tælle alt det synlige i et Hubble-dybfelt og derefter gange dem med det samlede areal af himlen. Men andre galakser er for svage og fjerne til direkte at opdage. Men selvom vi ikke kan tælle dem, deres lys fylder rummet med et svagt skær.

For at måle den glød, astronomiske satellitter skal undslippe det indre solsystem og dets lysforurening, forårsaget af sollys, der reflekterer støv. Et hold videnskabsmænd har brugt observationer fra NASAs New Horizons-mission til Pluto og Kuiperbæltet til at bestemme lysstyrken af ​​denne kosmiske optiske baggrund. Deres resultat sætter en øvre grænse for overfloden af ​​besvimelse, uløste galakser, viser, at de kun tæller i hundredvis af milliarder, ikke 2 billioner galakser som tidligere antaget.

Hvor mørkt bliver rummet? Hvis du kommer væk fra byens lys og kigger op, himlen mellem stjernerne ser meget mørk ud. Over Jordens atmosfære dæmpes det ydre rum endnu mere, falmer til en blækagtig kulsort. Og dog selv der, rummet er ikke helt sort. Universet har et svagt glimt fra utallige fjerne stjerner og galakser.

Nye målinger af den svage baggrundsglød viser, at de usete galakser er mindre rigelige end nogle teoretiske undersøgelser antydede, kun tæller hundreder af milliarder i stedet for de tidligere rapporterede to billioner galakser.

"Det er et vigtigt tal at vide - hvor mange galakser er der?" sagde Marc Postman fra Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland, en hovedforfatter på undersøgelsen. "Vi ser simpelthen ikke lyset fra to billioner galakser."

Det tidligere estimat blev ekstrapoleret fra meget dyb himmel observationer af NASAs Hubble Space Telescope. Den var afhængig af matematiske modeller for at vurdere, hvor mange galakser der var for små og svage til, at Hubble kunne se. Det hold konkluderede, at 90% af galakserne i universet var uden for Hubbles evne til at opdage i synligt lys. De nye resultater, som var afhængig af målinger fra NASAs fjerne New Horizons-mission, foreslå et meget mere beskedent antal.

"Tag alle de galakser, Hubble kan se, det dobbelte tal, og det er hvad vi ser – men intet mere, " sagde Tod Lauer fra NSF's NOIRLab, en hovedforfatter på undersøgelsen.

Disse resultater præsenteres onsdag d. 13. januar ved et møde i American Astronomical Society, som er åben for tilmeldte deltagere.

Den kosmiske optiske baggrund, som holdet forsøgte at måle, er ækvivalenten med synligt lys til den mere velkendte kosmiske mikrobølgebaggrund - den svage efterglød fra selve big bang, før stjerner nogensinde eksisterede.

"Mens den kosmiske mikrobølgebaggrund fortæller os om de første 450, 000 år efter Big Bang, den kosmiske optiske baggrund fortæller os noget om summen af ​​alle stjerner, der nogensinde er dannet siden da, " forklarede Postman. "Det sætter en begrænsning på det samlede antal galakser, der er blevet skabt, og hvor de kan være i tide."

Så stærk som Hubble er, holdet kunne ikke bruge det til at foretage disse observationer. Selvom det er placeret i rummet, Hubble kredser om Jorden og lider stadig af lysforurening. Det indre solsystem er fyldt med små støvpartikler fra disintegrerede asteroider og kometer. Sollys reflekteres fra disse partikler, skabe en glød kaldet stjernetegnslyset, som kan observeres selv af skywatchers på jorden.

For at undslippe stjernetegnslyset, holdet måtte bruge et observatorium, der er undsluppet det indre solsystem. Heldigvis New Horizons rumfartøjet, som har leveret de nærmeste billeder nogensinde af Pluto og Kuiperbæltet Arrokoth, er langt nok til at foretage disse målinger. På dens afstand (mere end 4 milliarder miles væk, da disse observationer blev taget), New Horizons oplever en omgivende himmel 10 gange mørkere end den mørkeste himmel, der er tilgængelig for Hubble.

"Denne slags målinger er ekstremt vanskelige. Mange mennesker har forsøgt at gøre dette i lang tid, " sagde Lauer. "New Horizons gav os et udsigtspunkt til at måle den kosmiske optiske baggrund bedre, end nogen har været i stand til at gøre det."

Holdet analyserede eksisterende billeder fra New Horizons arkiver. For at drille den svage baggrundsglød ud, de skulle korrigere for en række andre faktorer. For eksempel, de trak lyset fra de galakser, der forventes at eksistere, som er for svage til at kunne identificeres. Den mest udfordrende korrektion var at fjerne lys fra Mælkevejsstjerner, der blev reflekteret fra interstellart støv og ind i kameraet.

Det resterende signal, selvom det er ekstremt svagt, stadig kunne måles. Postmand sammenlignede det med at bo i et fjerntliggende område langt fra byens lys, ligger i dit soveværelse om natten med gardinerne åbne. Hvis en nabo en kilometer nede ad vejen åbnede deres køleskab på udkig efter en midnatssnack, og lyset fra deres køleskab reflekterede fra soveværelsets vægge, det ville være lige så lyst som baggrunden, New Horizons opdagede.

Så, hvad kan være kilden til denne resterende glød? Det er muligt, at en overflod af dværggalakser i det relativt nærliggende univers ligger lige uden for sporbarhed. Eller de diffuse glorier af stjerner, der omgiver galakser, kan være lysere end forventet. Der kan være en befolkning af slyngler, intergalaktiske stjerner spredt ud over hele kosmos. Måske mest spændende, der kan være mange flere besvime, fjerne galakser end teorier antyder. This would mean that the smooth distribution of galaxy sizes measured to date rises steeply just beyond the faintest systems we can see—just as there are many more pebbles on a beach than rocks.

NASA's upcoming James Webb Space Telescope may be able to help solve the mystery. If faint, individual galaxies are the cause, then Webb ultra-deep field observations should be able to detect them.

This study is accepted for publication in The Astrophysical Journal .