NASASonda New Horizons dostarczyła przełomowych danych z okolic Układu Słonecznego, ujawniając kosmiczne tło optyczne — słabą poświatę pozostawioną przez miliardy galaktyk od czasu Wielki Wybuch.
To badanie, które skrupulatnie odejmuje zakłócenia pochodzące od pyłu kosmicznego i innych źródeł, potwierdza, że utrzymujące się światło jest zgodne z teoretycznymi oczekiwaniami dotyczącymi powstawania galaktyk, pogłębiając nasze zrozumienie ewolucji kosmicznej bez wykluczania potencjalnych anomalii.
Odsłonięcie kosmicznego blasku
Naukowcy udali się wirtualnie na krańce Układu Słonecznego, aby wykonać najdokładniejsze jak dotąd pomiary słabej poświaty przenikającej Wszechświat – zjawiska znanego jako kosmiczne tło optyczne.
Nowe badanie opiera się na obserwacjach wykonanych przez należącą do NASA sondę New Horizons, która przeleciała obok Pluton w 2015 r. i obecnie znajduje się prawie 5,5 miliarda mil od Ziemi. Badanie, opublikowane 28 sierpnia w The Dziennik astrofizycznystara się odpowiedzieć na zwodniczo proste pytanie, powiedział współautor Michael Shull, astrofizyk z CU Boulder.
„Czy niebo jest naprawdę ciemne?” powiedział Shull, emerytowany profesor na Wydziale Astrofizycznym i Planetarnym.
Kosmiczne poszukiwanie jasności
Przestrzeń może wydawać się czarna dla ludzkich oczu, ale naukowcy uważają, że nie jest całkowicie ciemna. Od zarania kosmosu powstały i umarły biliony galaktyk zawierających niezliczone gwiazdy, pozostawiając po sobie niedostrzegalnie słabe światło. Pomyśl o tym jak o nocnym świetle w kosmosie.
Shull i zespół kierowany przez Marca Postmana w Instytut Naukowy Teleskopów Kosmicznych w Baltimore obliczyli, jak jasny jest ten blask. Ich odkrycia sugerują, że kosmiczne tło optyczne jest około 100 miliardów razy słabsze niż światło słoneczne docierające do powierzchni Ziemi – o wiele za słabe, aby ludzie mogli je zobaczyć gołym okiem.
Wyniki mogą pomóc naukowcom rzucić światło na historię wszechświata od Wielkiego Wybuchu.
„Jesteśmy jak kosmiczni księgowi, sumujący każde źródło światła, jakie możemy uwzględnić we wszechświecie” – powiedział Shull.
Wyzwania obserwacji kosmicznych
Dodał, że ten rodzaj analizowania liczb pobudza wyobraźnię naukowców od prawie 50 lat.
Shull wyjaśnił, że po dziesięcioleciach badań astrofizycy uważają, że mają całkiem dobre pojęcie o ewolucji kosmosu. Pierwsze galaktyki powstały w epoce zwanej Kosmicznym Świtem, kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu. Światło gwiazd z galaktyk odległego Wszechświata osiągnęło swój najjaśniejszy punkt około 10 miliardów lat temu i od tego czasu słabnie.
Precyzyjne pomiary kosmicznego tła optycznego mogą pomóc naukowcom potwierdzić, czy ten obraz kosmosu ma sens lub czy istnieją tajemnicze, jeszcze nieodkryte obiekty rzucające światło w przestrzeń.
Wykonywanie tego rodzaju pomiarów nie jest jednak łatwe, szczególnie nie z Ziemi.
Okolice Ziemi są pełne drobnych ziarenek pyłu i innych śmieci. Światło słoneczne odbija się od tego bałaganu, rozmywając wszelkie sygnały, które mogą pochodzić z kosmicznego tła optycznego.
„Używam metafory: jeśli chcesz zobaczyć gwiazdy, musisz wyjechać z Denver” – powiedział Shull. „Musisz udać się daleko, prosto do północno-wschodniego krańca Kolorado, gdzie masz przed sobą tylko Południową Dakotę i Nebraskę”.
Projekt New Horizons dał naukowcom niepowtarzalną okazję do zrobienia czegoś podobnego w przestrzeni kosmicznej.
Bezprecedensowe spostrzeżenia z krawędzi
Misja ma wyjątkowe korzenie w Kolorado. Alan Stern, który studiował jako absolwent na Uniwersytecie Kalifornijskim w Boulder pod kierunkiem Shulla i byłego starszego współpracownika badawczego Jacka Brandta, kieruje misją New Horizons. Obecnie pracuje w Southwest Research Institute w Boulder w Kolorado. Statek kosmiczny przenosi także Studencki licznik kurzuinstrument zaprojektowany i zbudowany przez studentów z Laboratorium Fizyki Atmosfery i Przestrzeni Kosmicznej (LASP) na Uniwersytecie Kalifornijskim w Boulder.
W ciągu kilku tygodni lata 2023 r. badacze skierowali kamerę rozpoznawczą dalekiego zasięgu (LORRI) należącą do sondy New Horizons na około dwadzieścia płatów nieba.
Granice obecnej technologii
Nawet na skraju Układu Słonecznego zespół wciąż miał mnóstwo dodatkowego światła, z którym musiał się zmagać. The Droga Mleczna Na przykład Galaktyka znajduje się w halo, które podobnie jak nasz Układ Słoneczny gromadzi kurz.
„Nie można uciec przed kurzem” – powiedział Shull. „To jest wszędzie.”
On i jego koledzy oszacowali, ile światła może wygenerować to halo, a następnie odjęli to od tego, co obserwowali za pomocą LORRI. Po pozbyciu się dodatkowych źródeł światła zespołowi pozostało kosmiczne tło optyczne.
Z naukowego punktu widzenia tło to wynosi około 11 nanowatów na metr kwadratowy na steradian. (Steradian to skrawek nieba o szerokości około 130 razy większej od średnicy księżyca).
Shull powiedział, że wartość ta dobrze pokrywa się z liczbą galaktyk, które według naukowców powinny powstać od Wielkiego Wybuchu. Inaczej mówiąc, nie wydaje się, aby w przestrzeni kosmicznej znajdowały się jakieś dziwne obiekty, takie jak egzotyczne cząstki, wytwarzające dużo światła. Naukowcy nie mogą jednak całkowicie wykluczyć takich anomalii.
Przyszłe perspektywy eksploracji kosmosu
Pomiary wykonane przez zespół będą prawdopodobnie najlepszymi szacunkami blasku Wszechświata od długiego czasu. Sonda New Horizons wykorzystuje pozostałe zapasy paliwa do realizacji innych priorytetów naukowych i żadna inna misja nie kieruje się obecnie w stronę tych zimnych i ciemnych zakątków kosmosu.
„Gdyby w przyszłej misji umieścili kamerę, a my wszyscy poczekalibyśmy kilka dekad, aż ona dotrze na miejsce, moglibyśmy zobaczyć dokładniejszy pomiar” – powiedział Shull.
Więcej informacji na temat tych badań można znaleźć w artykule Exploring the Dark Universe: Breakthroughs From NASA New Horizons Deep Space Probe.
Odniesienie: „Nowe obserwacje synoptyczne kosmicznego tła optycznego z nowymi horyzontami”: Marc Postman, Tod R. Lauer, Joel W. Parker, John R. Spencer, Harold A. Weaver, J. Michael Shull, S. Alan Stern, Pontus Brandt, Steven J. Conard, G. Randall Gladstone, Carey M. Lisse, Simon B. Porter, Kelsi N. Singer i Anne. J. Verbiscer, 28 sierpnia 2024 r., Dziennik astrofizyczny.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad5ffc
Inni współautorzy nowego badania to Alan Stern z SWRI i Tod Lauer z Narodowego Laboratorium Badań nad Astronomią Optyczną w Podczerwieni amerykańskiej National Science Foundation. Naukowcy z Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsawzięły w nim udział także Uniwersytety Teksasu w San Antonio i Uniwersytet Wirginii.
