Οι επιστήμονες πραγματοποίησαν ένα εικονικό ταξίδι στις μακρινές περιοχές του ηλιακού μας συστήματος για να μετρήσουν την αμυδρή λάμψη που γεμίζει το σύμπαν, που ονομάζεται κοσμικό οπτικό υπόβαθρο.
Αυτή η λάμψη είναι το αμυδρό φως που άφησαν πίσω τους αστέρια και γαλαξίες που έχουν σχηματιστεί και καεί από την αρχή του σύμπαντος.
Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο The Astrophysical Journal, χρησιμοποίησε παρατηρήσεις από το διαστημικό σκάφος New Horizons της NASA, το οποίο πέταξε δίπλα από τον Πλούτωνα το 2015 και είναι τώρα σχεδόν 8,9 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά από τη Γη.
Είναι ο ουρανός πραγματικά σκοτεινός;
Σύμφωνα με τον Michael Shull, έναν αστροφυσικό από το Πανεπιστήμιο του Colorado Boulder και έναν από τους συν-συγγραφείς της μελέτης, το διάστημα μπορεί να φαίνεται μαύρο στα μάτια μας, αλλά δεν είναι εντελώς σκοτεινό.
Από τις πρώτες μέρες του σύμπαντος, αμέτρητοι γαλαξίες γεμάτοι με αστέρια έχουν σχηματιστεί, έχουν καταστραφεί και έχουν ξεθωριάσει, αφήνοντας πίσω τους ένα πολύ αχνό φως – σαν ένα μικροσκοπικό νυχτερινό φως που λάμπει σε όλο το σύμπαν.
Ο Shull και η ομάδα του, με επικεφαλής τον Marc Postman από το Επιστημονικό Ινστιτούτο του Διαστημικού Τηλεσκοπίου στη Βαλτιμόρη, υπολόγισαν πόσο φωτεινή είναι αυτή η αμυδρή λάμψη.
Διαπίστωσαν ότι το κοσμικό οπτικό φόντο είναι περίπου 100 δισεκατομμύρια φορές πιο αμυδρό από το ηλιακό φως που βλέπουμε στη Γη, καθιστώντας το πολύ αχνό για να το ανιχνεύσει το ανθρώπινο μάτι.
Αυτά τα ευρήματα είναι σημαντικά γιατί θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να μάθουν περισσότερα για την ιστορία του σύμπαντος από τη Μεγάλη Έκρηξη. Είμαστε σαν κοσμικοί λογιστές, είπε ο Shull. Προσθέτουμε όλες τις πηγές φωτός που μπορούμε να βρούμε στο σύμπαν.
Κατανοώντας το σκοτάδι στο Σύμπαν
Για σχεδόν 50 χρόνια, οι επιστήμονες γοητεύονται από την ιδέα της μέτρησης της αχνής λάμψης του σύμπαντος. Μετά από δεκαετίες έρευνας, έχουν μια καλή ιδέα για το πώς έχει εξελιχθεί το σύμπαν. Οι πρώτοι γαλαξίες σχηματίστηκαν κατά τη διάρκεια μιας εποχής γνωστής ως Κοσμικής Αυγής, η οποία συνέβη μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Το φως από τα αστέρια σε αυτούς τους πρώιμους γαλαξίες έφτασε στη μέγιστη φωτεινότητά του πριν από περίπου 10 δισεκατομμύρια χρόνια. Από τότε, το φως στο σύμπαν εξασθενεί σιγά-σιγά.
Μετρώντας με ακρίβεια το κοσμικό οπτικό υπόβαθρο, οι επιστήμονες ελπίζουν να επιβεβαιώσουν αυτή την κατανόηση του σύμπαντος.
Ωστόσο, είναι πιθανό να υπάρχουν μυστηριώδη αντικείμενα ή άγνωστες πηγές φωτός που δεν έχουμε ακόμη ανακαλύψει. Η ανίχνευση αυτών των αχνών σημάτων είναι πρόκληση, ειδικά από τη Γη. Ο πλανήτης μας περιβάλλεται από σκόνη και συντρίμμια, τα οποία αντανακλούν το ηλιακό φως και παρεμποδίζουν τα σήματα από το κοσμικό οπτικό υπόβαθρο.
Ο Shull το εξηγεί με μια απλή μεταφορά: Αν θέλετε να δείτε καθαρά τα αστέρια, πρέπει να φύγετε από το Ντένβερ. Πρέπει να πάτε σε ένα απομακρυσμένο μέρος, όπως η βορειοανατολική γωνία του Κολοράντο, όπου οι ουρανοί είναι σκοτεινοί και απαλλαγμένοι από τα φώτα της πόλης.
Ομοίως, για να μετρήσουν την αμυδρή λάμψη του σύμπαντος, οι επιστήμονες πρέπει να απομακρυνθούν πολύ από τη φωτορύπανση του ηλιακού μας συστήματος. Εδώ έρχεται το New Horizons – έχει ταξιδέψει αρκετά μακριά στο διάστημα για να παρέχει μια πιο καθαρή άποψη.
Μέτρηση της λάμψης του Σύμπαντος
Η αποστολή New Horizons έχει βαθιές ρίζες στο Κολοράντο. Ο Άλαν Στερν, ο οποίος ηγείται της αποστολής, σπούδασε στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο Μπόλντερ και τον καθοδηγούσαν ο Σουλ και ο Τζακ Μπραντ, πρώην κύριος ερευνητής.
Το διαστημόπλοιο φέρει επίσης ένα μοναδικό όργανο που σχεδιάστηκε από φοιτητές από το CU Boulder, που ονομάζεται Student Dust Counter, το οποίο μετρά τη διαστημική σκόνη.
Το καλοκαίρι του 2023, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν το Long Range Reconnaissance Imager (LORRI) της New Horizons για να παρατηρήσουν 25 διαφορετικά σημεία του ουρανού.
Ακόμη και στην άκρη του ηλιακού συστήματος, η ομάδα έπρεπε να υπολογίσει επιπλέον φως από διάφορες πηγές, όπως ο γαλαξίας Milky Way, ο οποίος περιβάλλεται από ένα φωτοστέφανο σκόνης.
Δεν μπορείς να ξεφύγεις από τη σκόνη, είπε ο Σουλ. Είναι παντού. Οι ερευνητές υπολόγισαν πόσο φως θα μπορούσε να προκληθεί από αυτή τη σκόνη και άλλες πηγές και στη συνέχεια το αφαίρεσαν από τις μετρήσεις τους.
Αυτό που έμεινε ήταν το κοσμικό οπτικό υπόβαθρο. Με επιστημονικούς όρους, αυτή η αμυδρή λάμψη ισούται με περίπου 11 νανοβάτ ανά τετραγωνικό μέτρο ανά στεραδικό (ένα στεραδικό είναι μια μονάδα που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του μεγέθους μιας περιοχής στον ουρανό).
Ο Shull σημείωσε ότι αυτός ο αριθμός ταιριάζει με αυτό που περίμεναν οι επιστήμονες με βάση τον αριθμό των γαλαξιών που πιστεύεται ότι έχουν σχηματιστεί από τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτό υποδηλώνει ότι δεν υπάρχουν παράξενα, άγνωστα αντικείμενα που παράγουν πολύ φως στο σύμπαν. Ωστόσο, δεν μπορεί να αποκλειστεί εντελώς το ενδεχόμενο άγνωστων φαινομένων.