Rakethold for at se, om vores stjerneantal skulle gå langt op

Universet indeholder et forbløffende antal stjerner - men videnskabsmænds bedste skøn kan være et undertæller. En NASA-finansieret raket med klingende opsendelse med et forbedret instrument til at lede efter beviser på ekstra stjerner, der muligvis er blevet savnet i stjernetællinger.

Det kosmiske infrarøde baggrundseksperiment-2, eller CIBER-2, mission er den seneste i rækken af ​​klingende raketopsendelser, der begyndte i 2009. Anført af Michael Zemcov, assisterende professor i fysik og astronomi ved Rochester Institute of Technology i New York, CIBER-2's affyringsvindue åbner ved White Sands Missile Range i New Mexico den 6. juni, 2021.

Hvis du har haft fornøjelsen af ​​at se en åben himmel på en klar, mørk nat, du er sikkert blevet slået af det store antal stjerner. Måske har du endda prøvet at tælle dem op. (Hvis ikke, et tip:Der er et sted omkring fem tusind synlige for det blotte øje fra Jorden.) Men det virkelige vidunder er, at vores plettede nattehimmel kun repræsenterer det mindste udsnit af, hvad der virkelig er derude.

For at få et groft skøn over det samlede antal stjerner i universet, videnskabsmænd har beregnet det gennemsnitlige antal stjerner i en galakse - nogle skøn anslår det til omkring 100 millioner, selvom det kunne være 10 eller flere gange højere - og ganget det med antallet af galakser, taget til at være omkring 2 billioner (også meget foreløbigt). Det giver dig hundrede kvintillioner stjerner (eller 1 med 21 nuller efter det). Det er mere end 10 stjerner for hvert sandkorn på Jorden (anslået til omkring syv en halv kvintillion).

Men selv det astronomisk høje tal kan være en undervurdering. Denne beregning forudsætter, at alle eller i hvert fald de fleste, stjerner er inde i galakser. Baseret på de seneste resultater, det er måske ikke helt sandt - og det er, hvad CIBER-2-missionen forsøger at finde ud af.

CIBER-2 instrumentet, ligesom det tidligere CIBER-instrument, det er baseret på, vil starte ombord på en sonderende raket - en lille suborbital raket, der bærer videnskabelige instrumenter på korte ture ud i rummet, før den falder tilbage til Jorden for at komme sig. En gang over jordens atmosfære, CIBER-2 vil overskue en del af himlen omkring 4 kvadratgrader - til reference, fuldmånen fylder omkring en halv grad – det inkluderer snesevis af galaksehobe. Det vil ikke tælle stjerner, men det vil opdage det diffuse, kosmos-fyldende glød kendt som det ekstragalaktiske baggrundslys.

"Denne baggrundsglød er det samlede lys, der er produceret gennem kosmisk historie," sagde Jamie Bock, professor i fysik ved Caltech i Pasadena, Californien, og ledende researcher for CIBERs første fire flyvninger. Det baggrundslys spænder over en række bølgelængder, men CIBER-2 vil fokusere på en lille del kaldet den kosmiske infrarøde baggrund, eller CIB. Meget af CIB menes at komme fra M- og K-dværge, de mest almindelige stjernetyper i universet, selvom det ikke er den eneste bidragyder. "Vores metode måler det samlede lys, inklusive fra kilder, vi endnu ikke har identificeret, " sagde Bock.

Når du ikke kan tælle individuelle stjerner op i en galakse, CIB'ens lysstyrke burde give dig et godt skøn over, hvor mange M- og K-dværge der er. Og hvis alle de stjerner er inde i galaksen, at lyset skal være stærkest mod midten. I 2007 videnskabsmænd brugte NASAs Spitzer-rumteleskop til at se på galaksehobe og foretage denne type måling.

Men Spitzer observerede mere lys end forventet fra kendte galaksepopulationer - udsvingene i lysstyrken af ​​CIB antydede, at de manglede noget.

Bock og Zemcov - på det tidspunkt en post-doc forsker, men nu hovedforsker for CIBER-2 - fløj den første CIBER-mission for at kontrollere disse resultater med et teleskop, der var bedre optimeret til opgaven.

"Så vi lavede den måling, og vi kom med et svar, der var ubehageligt, " sagde Zemcov. "Der var mange flere udsving, end vi havde forventet - en forklaring er, at der kommer mere lys udefra galakser, end vi havde troet."

Det ekstra lys, de tror, kan være fra glimtet af vildfarne dværgstjerner. Disse stjerner kunne være blevet slynget ud af deres hjemlige galakse, da den smeltede sammen med en anden, en proces kendt som tidevandsstripping. Sådanne fjerntliggende stjerner er kendt for at omgive Mælkevejen, Selvom strømtællinger tyder på, at der ikke er nær nok af dem til at producere signalet CIBER målt.

"Flere og mere forskning tyder på, at der er et betydeligt antal stjerner af denne type uden for galakser, " sagde Zemcov.

Men alternative hypoteser for dette overskydende lys er opstået. "Vi ved, at noget af det lys kommer fra galakser, og nogle af de første stjerner nogensinde til at skinne, selvom de for længst er væk nu, " sagde Bock. Noget lys fra vores egen galakse kunne endda forurene målingerne, selvom CIBER-teamet har gjort deres bedste for at filtrere det fra. Der er også mere eksotiske muligheder, som sorte huller med direkte sammenbrud fra det tidlige univers - massive gasskyer, der kollapsede til sorte huller uden først at blive stjerner - hvis ultraviolette lys ville have strakt sig over det ekspanderende rum ind i de længere infrarøde bølgelængder, vi ser i dag. CIBER-2 blev designet til at hjælpe med at afgøre sagen ved at skelne mellem disse muligheder.

Lys fra ekstragalaktiske M- og K-dværge bør spredes over i synligt område, så CIBER-2 blev designet til at observere et udvidet område af bølgelængder – fra det nær-infrarøde til det grønne synlige lys – for at se det, om det er der. CIBER-2 kan også skelne lys fra de første galakser og stjerner eller tidlige direkte kollapsende sorte huller:Begge burde mangle en karakteristisk del af deres samlede lys, den del, der absorberes af den tykke tåge af intergalaktisk brint i det tidlige univers.

For nu, alle muligheder forbliver på bordet. Men hvis vores stjernetal virkelig skulle stige, CIBER-2's resultater kan snart fortælle os.

"Der er hints om, at vi bestemt ikke fanger alle tingene i universet. Og jo flere mennesker kigger, jo mere de ser, " sagde Zemcov.