Jak ciemna jest głęboka przestrzeń? Astronomowie być może w końcu odpowiedzieli na to od dawna zadawane pytanie, wykorzystując możliwości i odległe położenie sondy kosmicznej New Horizons, która dokonała najdokładniejszych, bezpośrednich pomiarów całkowitej ilości światła generowanego we wszechświecie.
Ponad 18 lat po wystrzeleniu i dziewięć lat po historycznej wizycie w pobliżu Plutona, sonda New Horizons znajduje się obecnie ponad 7,3 miliarda kilometrów od Ziemi, w regionie Układu Słonecznego wystarczająco oddalonym od słońca, aby zapewnić najciemniejsze niebo dostępne dla jakiegokolwiek istniejącego teleskopu — i zapewnić unikalny punkt obserwacyjny, z którego można zmierzyć ogólną jasność odległego wszechświata.
„Jeśli podniesiesz rękę w głębokiej przestrzeni, ile światła świeci na nią wszechświat?” zapytał Marc Postman, astronom z Space Telescope Science Institute w Baltimore i główny autor nowego artykułu opublikowanego 28 sierpnia w periodyku The Astrophysical Journal.
„Teraz mamy dobre pojęcie o tym, jak ciemna jest przestrzeń. Wyniki pokazują, że zdecydowana większość światła widzialnego, które otrzymujemy ze wszechświata, została wygenerowana w galaktykach. Co ważne, odkryliśmy również, że nie ma dowodów na znaczące poziomy światła wytwarzanego przez źródła obecnie nieznane astronomom”.
Odkrycia rozwiązują zagadkę, która nie dawała astronomom spokoju od lat 60. XX wieku, kiedy to astronomowie Arno Penzias i Robert Wilson odkryli, że przestrzeń jest przesiąknięta silnym promieniowaniem mikrofalowym, które, jak przewidywano, pozostało po powstaniu samego wszechświata.
Odkrycie to doprowadziło do przyznania im Nagrody Nobla. Następnie astronomowie znaleźli również dowody na tła promieni rentgenowskich, promieni gamma i promieniowania podczerwonego, które również wypełniają niebo.
Wykrywanie tła „zwykłego” (lub widzialnego) światła — bardziej formalnie nazywanego kosmicznym tłem optycznym (COB) — umożliwiło zsumowanie całego światła generowanego przez galaktyki w czasie istnienia wszechświata, zanim Kosmiczny Teleskop Hubble’a i Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba mogły bezpośrednio zobaczyć słabe galaktyki tła.
W erze teleskopów Hubble’a i Jamesa Webba astronomowie mierzą COB, aby wykryć światło, które może pochodzić ze źródeł innych niż te znane galaktyki. Jednak zmierzenie całkowitej mocy świetlnej wszechświata jest niezwykle trudne z Ziemi lub z dowolnego miejsca znajdującego się wewnątrz Układu Słonecznego.
„Ludzie wielokrotnie próbowali zmierzyć ją bezpośrednio, ale w naszej części układu słonecznego jest po prostu zbyt dużo światła słonecznego i światła odbitego od pyłu międzyplanetarnego, który rozprasza światło w mglistą mgłę, która przesłania słabe światło z odległego wszechświata” — powiedział Tod Lauer, współbadacz New Horizons, astronom z National Science Foundation NOIRLab w Tucson w Arizonie i współautor nowego artykułu. „Wszystkie próby zmierzenia siły COB z wnętrza układu słonecznego obarczone są dużymi niepewnościami”.
I tutaj właśnie wkracza sonda New Horizons, znajdująca się miliardy kilometrów za planetami, głęboko w Pasie Kuipera stopniowo zmierzając ku przestrzeni międzygwiezdnej. Pod koniec zeszłego lata, z odległości 57 razy większej od Słońca niż Ziemia, New Horizons przeskanował wszechświat za pomocą swojej kamery Long Range Reconnaissance Imager (LORRI), badając dwa tuziny oddzielnych pól obrazowania.
Sama kamera LORRI została celowo osłonięta przed słońcem przez główną część sondy kosmicznej — co uniemożliwiło nawet najsłabszemu światłu słonecznemu dotarcie do kamery — a pola docelowe zostały umieszczone z dala od jasnego dysku i jądra Drogi Mlecznej oraz pobliskich jasnych gwiazd.
Po uwzględnieniu wszystkich znanych źródeł światła, takich jak gwiazdy tła i światło rozproszone przez cienkie obłoki pyłu w galaktyce Drogi Mlecznej, naukowcy odkryli, że pozostały poziom światła widzialnego był całkowicie zgodny z intensywnością światła generowanego przez wszystkie galaktyki w ciągu ostatnich 12,6 miliarda lat.
„Najprostsza interpretacja jest taka, że COB jest całkowicie spowodowane przez galaktyki” — powiedział Lauer.
„Patrząc poza galaktyki, znajdujemy tam ciemność i nic więcej”.
„Ta niedawno opublikowana praca stanowi istotny wkład w fundamentalną kosmologię i w zasadzie można jej dokonać jedynie za pomocą odległej sondy kosmicznej, takiej jak New Horizons” — powiedział Alan Stern, główny badacz misji New Horizons z Southwest Research Institute w Boulder w stanie Kolorado.
„I pokazuje, że nasza obecna rozszerzona misja wnosi istotny wkład naukowy wykraczający daleko poza pierwotny zamysł misji planetarnej zaprojektowanej w celu przeprowadzenia pierwszych bliskich eksploracji obiektów Plutona i Pasa Kuipera”.
Źródło: Space Telescope Science Institute (STScI)