NEW HORIZONS SPACECRAFT ANTWOORDEN VRAAG: HOE DONKER IS DE RUIMTE?

[univers]

NIEUWE METINGEN VAN DE ZWARTHEID VAN DE LUCHT LATEN ZIEN DAT ER SLECHTS HONDERDEN MILJARDEN STERRENSTELSELS ZIJN
Hoe donker is de lucht, en wat zegt dat ons over het aantal sterrenstelsels in het zichtbare heelal? Astronomen kunnen het totale aantal sterrenstelsels schatten door alles wat zichtbaar is in een diep Hubble-veld te tellen en ze vervolgens te vermenigvuldigen met het totale oppervlak van de hemel. Maar andere sterrenstelsels zijn te zwak en te ver weg om direct te detecteren. Maar hoewel we ze niet kunnen tellen, doordrenkt hun licht de ruimte met een zwakke gloed.


Deze foto toont een fenomeen dat bekend staat als dierenriemlicht. Linksonder strekt zich rechtsboven een gloeiende vlek uit in de richting van Jupiter, het heldere object links van het midden. Zodiakaallicht wordt veroorzaakt door zonlicht dat wordt weerkaatst door kleine stofdeeltjes in het binnenste zonnestelsel - de uiteengevallen overblijfselen van kometen en asteroïden. Pogingen om te meten hoe de donkere ruimte is met behulp van telescopen zoals de Hubble, zijn gedwarsboomd door deze omgevingsgloed.
Als gevolg hiervan vertrouwden astronomen op NASA's verre New Horizons-ruimtevaartuig om de hemel vrij van zodiakaal licht te observeren. De vage achtergrond die ze hebben gemeten, is het equivalent van het zien van het licht van de koelkast van een buren van een kilometer verderop.
Dit zeer brede panorama met meerdere frames werd in oktober 2014 gemaakt bij Canyon de Chelly National Monument in het noordoosten van Arizona. Het dierenriemlicht bevindt zich aan de linkerkant, met de noordelijke Melkweg aan de rechterkant. Het sterrenbeeld Orion staat rechtsboven. Jupiter is het helderste object links van het midden, terwijl een even helder object rechts (onder Orion) Sirius is. M44 (de Praesepe Cluster) is net boven Jupiter. Aan de horizon markeert een gele gloed de locatie van de nabijgelegen stad Chinle, Arizona.

Om die gloed te meten, moeten astronomische satellieten ontsnappen uit het binnenste zonnestelsel en de lichtvervuiling ervan, veroorzaakt door zonlicht dat wordt weerkaatst door stof. Een team van wetenschappers heeft waarnemingen van NASA's New Horizons-missie naar Pluto en de Kuipergordel gebruikt om de helderheid van deze kosmische optische achtergrond te bepalen. Hun resultaat stelt een bovengrens aan de overvloed aan zwakke, onopgeloste melkwegstelsels, wat aantoont dat het er maar honderden miljarden zijn, niet 2 triljoen sterrenstelsels zoals eerder werd aangenomen.

Hoe donker wordt de ruimte? Als je wegkomt van stadslichten en omhoog kijkt, lijkt de lucht tussen de sterren inderdaad erg donker. Boven de atmosfeer van de aarde vervaagt de ruimte nog verder en vervaagt tot een inktzwart inktzwart. En toch is de ruimte zelfs daar niet helemaal zwart. Het universum heeft een overgoten zwakke glans van ontelbare verre sterren en melkwegstelsels.

Nieuwe metingen van die zwakke achtergrondgloed laten zien dat de onzichtbare melkwegstelsels minder talrijk zijn dan sommige theoretische studies suggereerden, alleen in de honderden miljarden in plaats van de eerder gerapporteerde twee biljoen sterrenstelsels.

"Het is een belangrijk aantal om te weten - hoeveel sterrenstelsels zijn er?" zei Marc Postman van het Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland, een hoofdauteur van het onderzoek. "We zien het licht van twee biljoen sterrenstelsels gewoon niet."

De eerdere schatting werd geëxtrapoleerd uit observaties van zeer diepe hemel door NASA's Hubble Space Telescope. Het vertrouwde op wiskundige modellen om te schatten hoeveel sterrenstelsels te klein en zwak waren voor Hubble om te zien. Dat team concludeerde dat 90% van de sterrenstelsels in het universum Hubble niet meer in zichtbaar licht kon detecteren. De nieuwe bevindingen, die gebaseerd waren op metingen van NASA's verre New Horizons-missie, suggereren een veel bescheidener aantal.

"Neem alle sterrenstelsels die Hubble kan zien, verdubbel dat aantal, en dat is wat we zien - maar niets meer", zei Tod Lauer van NSF's NOIRLab, een hoofdauteur van het onderzoek.

Deze resultaten worden woensdag 13 januari gepresenteerd tijdens een bijeenkomst van de American Astronomical Society, die open staat voor geregistreerde deelnemers.

De kosmische optische achtergrond die het team probeerde te meten, is het zichtbaar-licht-equivalent van de meer bekende kosmische microgolfachtergrond - de zwakke nagloeiing van de oerknal zelf, voordat sterren ooit bestonden.

"Terwijl de kosmische microgolfachtergrond ons vertelt over de eerste 450.000 jaar na de oerknal, vertelt de kosmische optische achtergrond ons iets over het totaal van alle sterren die sindsdien zijn gevormd", legt Postman uit. "Het legt een beperking op het totale aantal sterrenstelsels dat is gemaakt, en waar ze zich in de tijd kunnen bevinden."

Hoe krachtig Hubble ook is, het team kon het niet gebruiken om deze waarnemingen te doen. Hoewel Hubble zich in de ruimte bevindt, draait hij rond de aarde en lijdt hij nog steeds aan lichtvervuiling. Het binnenste zonnestelsel is gevuld met kleine stofdeeltjes van uiteengevallen asteroïden en kometen. Zonlicht weerkaatst door die deeltjes en creëert een gloed die het zodiakaallicht wordt genoemd en die zelfs door skywatchers op de grond kan worden waargenomen.

Om aan het zodiakaallicht te ontsnappen, moest het team een ​​observatorium gebruiken dat ontsnapt is aan het binnenste zonnestelsel. Gelukkig is het ruimtevaartuig New Horizons, dat de beste beelden ooit van Pluto en het Kuipergordel-object Arrokoth heeft gemaakt, ver genoeg om deze metingen uit te voeren. Op zijn afstand (meer dan 4 miljard mijl verwijderd toen deze waarnemingen werden gedaan) ervaart New Horizons een omringende hemel die 10 keer donkerder is dan de donkerste hemel die toegankelijk is voor Hubble.

“Dit soort metingen zijn buitengewoon moeilijk. Veel mensen proberen dit al heel lang te doen, ”zei Lauer. "New Horizons bood ons een uitkijkpunt om de kosmische optische achtergrond beter te meten dan iemand ooit heeft kunnen doen."

Het team analyseerde bestaande afbeeldingen uit de New Horizons-archieven. Om de zwakke achtergrondgloed weg te werken, moesten ze voor een aantal andere factoren corrigeren. Ze hebben bijvoorbeeld het licht afgetrokken van de sterrenstelsels die naar verwachting zullen bestaan ​​en die te zwak zijn om identificeerbaar te zijn. De meest uitdagende correctie was het verwijderen van licht van sterren in de Melkweg dat werd weerkaatst door interstellair stof en in de camera.

Het resterende signaal, hoewel uiterst zwak, was nog steeds meetbaar. De postbode vergeleek het met wonen in een afgelegen gebied ver van stadslichten, 's nachts in je slaapkamer liggen met de gordijnen open. Als een buurman anderhalve kilometer verderop zijn koelkast opendeed op zoek naar een snack om middernacht, en het licht van de koelkast weerkaatste op de slaapkamermuren, zou het net zo helder zijn als de achtergrond die New Horizons ontdekte.

Dus, wat zou de bron kunnen zijn van deze overgebleven gloed? Het is mogelijk dat een overvloed aan dwergstelsels in het relatief nabije universum net niet detecteerbaar is. Of de diffuse halo's van sterren die sterrenstelsels omringen, kunnen helderder zijn dan verwacht. Er is misschien een populatie van schurken, intergalactische sterren verspreid over de kosmos. Misschien wel het meest intrigerend is dat er misschien veel meer zwakke, verre sterrenstelsels zijn dan theorieën suggereren. Dit zou betekenen dat de tot nu toe gemeten gelijkmatige verdeling van sterrenstelsels steil omhoog gaat, net voorbij de zwakste systemen die we kunnen zien - net zoals er veel meer kiezelstenen op een strand zijn dan rotsen.

NASA's aankomende James Webb Space Telescope kan mogelijk helpen het mysterie op te lossen. Als zwakke, individuele sterrenstelsels de oorzaak zijn, dan zouden Webb ultradiepe veldwaarnemingen ze moeten kunnen detecteren.

Deze studie is geaccepteerd voor publicatie in het Astrophysical Journal.

https://hubblesite.org/contents/news-re ... ws-2021-01