Jak ciemno jest ciemno? To nie jest zagadka doktora Seussa, ale poważne pytanie, nad którym astronomowie zastanawiają się od lat. Ich wielka szansa pojawiła się wraz ze statkiem kosmicznym New Horizons, który znajduje się obecnie daleko poza planetami, w odległości ponad 9,4 miliarda mil od Ziemi. Jest wystarczająco daleko, aby być wolnym od zanieczyszczeń świetlnych pochodzących z poświaty pyłu tła w naszym Układzie Słonecznym. Oznacza to, że sonda była w stanie zmierzyć ciemność pozornie czarnej jak smoła głębokiej przestrzeni kosmicznej.
Astronomowie odkryli resztkowy blask pochodzący od niezliczonych galaktyk tła wypełniających Wszechświat. Dobra wiadomość jest taka, że nie ma innego źródła światła tła, które mogłoby zmylić astronomów. Sonda New Horizons wykonała pełną inwentaryzację światła widzialnego. Wystrzelona w styczniu 2006 roku sonda New Horizons przeleciała obok planety karłowatej Pluton w lipcu 2015 roku, przed przejazdem przez a Pas Kuipera obiekt Arrokoth w styczniu 2019 r.
Pomiary New Horizons rzucają nowe światło na ciemność Wszechświata
Jak ciemny jest kosmos? Astronomowie mogli w końcu odpowiedzieć na to od dawna zadawane pytanie, wykorzystując możliwości i odległe położenie NASAsondę New Horizons, dokonując najdokładniejszych i bezpośrednich pomiarów całkowitej ilości światła wytwarzanego przez Wszechświat.
Ponad 18 lat po wystrzeleniu i dziewięć lat po historycznej eksploracji Plutona sonda New Horizons znajduje się ponad 7,3 miliarda kilometrów od Ziemi, w obszarze Układu Słonecznego wystarczająco daleko od Słońca, aby zapewnić najciemniejsze dostępne niebo do dowolnego istniejącego teleskopu – i zapewnić unikalny punkt obserwacyjny, z którego można mierzyć ogólną jasność odległego wszechświata.
Kosmiczne tło optyczne: nowe zrozumienie
„Jeśli wyciągniesz rękę w przestrzeń kosmiczną, ile światła oświetla ją wszechświat?” – zapytał Marc Postman, astronom z Uniwersytetu im Instytut Naukowy Teleskopów Kosmicznych w Baltimore i główny autor nowego artykułu szczegółowo opisującego badania, opublikowanego 28 sierpnia w The Dziennik astrofizyczny.
„Teraz mamy dobre pojęcie o tym, jak ciemna jest naprawdę przestrzeń kosmiczna. Wyniki pokazują, że zdecydowana większość światła widzialnego, które otrzymujemy z Wszechświata, została wygenerowana w galaktykach. Co ważne, odkryliśmy również, że nie ma dowodów na istnienie znacznych poziomów światła wytwarzanego przez źródła obecnie nieznane astronomom.”
Spostrzeżenia historyczne i współczesne wyzwania
Odkrycie rozwiązuje zagadkę, która wprawiała naukowców w zakłopotanie od lat 60. XX wieku, kiedy astronomowie Arno Penzias i Robert Wilson odkryli, że przestrzeń przenika silne promieniowanie mikrofalowe, które, jak przewidywano, pozostało po powstaniu samego Wszechświata. Wynik ten zaowocował przyznaniem im Nagrody Nobla. Następnie astronomowie znaleźli również dowody na istnienie tła promieni rentgenowskich, gamma i promieniowania podczerwonego, które również wypełniają niebo.
Wykrycie tła „zwykłego” (lub widzialnego) światła – bardziej formalnie zwanego kosmicznym tłem optycznym, COB – umożliwiło zsumowanie całego światła generowanego przez galaktyki w ciągu życia Wszechświata przed wykryciem NASA Kosmiczny Teleskop Hubble’a I Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba mógł bezpośrednio widzieć słabe galaktyki tła.
W erze teleskopów Hubble’a i Jamesa Webba astronomowie mierzą COB, aby wykryć światło, które mogło pochodzić ze źródeł innych niż te znane galaktyki. Jednak zmierzenie całkowitego strumienia świetlnego Wszechświata jest niezwykle trudne z Ziemi lub dowolnego miejsca w wewnętrznym Układzie Słonecznym.
„Ludzie wielokrotnie próbowali zmierzyć to bezpośrednio, ale w naszej części Układu Słonecznego jest po prostu za dużo światła słonecznego i odbitego pyłu międzyplanetarnego, który rozprasza światło dookoła, tworząc mglistą mgłę przesłaniającą słabe światło odległego wszechświata.” powiedział Tod Lauer, współbadacz New Horizons i astronom z National Science Foundation NOIRLab w Tucson w Arizonie i współautorem nowej pracy. „Wszystkie próby pomiaru siły COB z wewnętrznego Układu Słonecznego obarczone są dużą niepewnością”.
Rola Nowych Horyzontów w obserwacjach kosmicznych
Wejdź do New Horizons, miliardy mil w swojej wędrówce poza planety, obecnie głęboko w Pasie Kuipera i kierując się w stronę przestrzeni międzygwiazdowej. Późnym latem ubiegłego roku, z odległości 57 razy większej od Słońca niż Ziemia, sonda New Horizons przeskanowała Wszechświat za pomocą urządzenia Long Range Reconnaissance Imager (LORRI), zbierając dwa tuziny oddzielnych pól obrazowania.
Sam LORRI został celowo osłonięty przed Słońcem przez główny korpus statku kosmicznego – zapobiegając przedostawaniu się nawet najciemniejszego światła słonecznego bezpośrednio do czułej kamery – a pola docelowe umieszczono z dala od jasnego dysku i jądra sondy. Droga Mleczna i pobliskie jasne gwiazdy.
Wyjaśnianie luminescencji Wszechświata
Obserwatorzy New Horizons wykorzystali inne dane, zebrane w dalekiej podczerwieni przez teleskop Europejska Agencja Kosmicznamisji Plancka, obejmującej pola o różnym zakresie gęstości pyłu, umożliwiające kalibrację poziomu emisji w dalekiej podczerwieni do poziomu zwykłego światła widzialnego. Umożliwiło im to dokładne przewidzenie i skorygowanie obecności rozproszonego w kurzu światła Drogi Mlecznej na obrazach COB – technika, która nie była dla nich dostępna podczas Testowa obserwacja COB w 2021 r. za pomocą sondy New Horizons w którym nie docenili ilości światła rozproszonego w kurzu i przecenili nadmiar światła pochodzącego z samego wszechświata.
Jednak tym razem, po uwzględnieniu wszystkich znanych źródeł światła, takich jak gwiazdy tła i światło rozproszone przez cienkie obłoki pyłu w Drodze Mlecznej, naukowcy odkryli, że pozostały poziom światła widzialnego był całkowicie zgodny z intensywnością generowanego światła przez wszystkie galaktyki w ciągu ostatnich 12,6 miliardów lat.
Potwierdzanie teorii i rozszerzanie misji
„Najprostsza interpretacja jest taka, że COB jest w całości dziełem galaktyk” – powiedział Lauer. „Patrząc poza galaktyki, znajdujemy tam ciemność i nic więcej”.
„Ta nowo opublikowana praca stanowi ważny wkład w fundamentalną kosmologię i jest czymś, czego można dokonać jedynie za pomocą tak odległego statku kosmicznego, jak New Horizons” – powiedział główny badacz New Horizons Alan Stern z Southwest Research Institute w Boulder w Kolorado. „I pokazuje, że nasza obecna, rozszerzona misja wnosi ważny wkład naukowy znacznie wykraczający poza pierwotne zamierzenia tej misji planetarnej, której celem było przeprowadzenie pierwszych bliskich badań obiektów Plutona i Pasa Kuipera przez statki kosmiczne”.
Poza Plutonem: ciągła podróż New Horizons
Wystrzelona w styczniu 2006 r. sonda New Horizons dokonała historycznego rekonesansu Plutona i jego księżyców w lipcu 2015 r., a następnie w styczniu 2019 r. po raz pierwszy umożliwiła ludzkości przyjrzenie się z bliska elementowi składowemu planety i obiektowi Pasa Kuipera, Arrokoth. Sonda New Horizons jest obecnie w użyciu. swoją drugą rozszerzoną misję, polegającą na obrazowaniu odległych obiektów Pasa Kuipera, charakteryzowaniu zewnętrznej heliosfery Słońca i dokonywaniu ważnych obserwacji astrofizycznych z niezrównanego punktu obserwacyjnego w najdalszych regionach Układu Słonecznego.
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
Laboratorium Fizyki Stosowanej Johnsa Hopkinsa (APL) w Laurel w stanie Maryland zbudowało i obsługuje statek kosmiczny New Horizons oraz zarządza misją dla Dyrekcji Misji Naukowych NASA. Southwest Research Institute z siedzibą w San Antonio i Boulder w Kolorado kieruje misją za pośrednictwem głównego badacza Alana Sterna i kieruje zespołem naukowym, operacjami z ładunkiem i planowaniem badań naukowych. Sonda New Horizons jest częścią programu NASA New Frontiers, zarządzanego przez Centrum Lotów Kosmicznych Marshalla w Huntsville w stanie Alabama.
