Sonda New Horizons sprawdziła jak ciemny jest Wszechświat

Astronomom udało się w końcu odpowiedzieć na odwieczne pytanie – jak ciemny jest głęboki kosmos – wykorzystując możliwości i odległą pozycję sondy kosmicznej NASA New Horizons, wykonując najbardziej precyzyjne, bezpośrednie pomiary całkowitej ilości światła generowanego przez Wszechświat.

Ponad 18 lat po wystrzeleniu i dziewięć lat po historycznej eksploracji Plutona, New Horizons znajduje się ponad 7,3 miliarda kilometrów od Ziemi, w regionie Układu Słonecznego wystarczająco daleko od Słońca, aby móc uchwycić najciemniejszą przestrzeń dostępną dla jakiegokolwiek istniejącego teleskopu i zapewnić unikalny punkt obserwacyjny, z którego można zmierzyć ogólną jasność odległego Wszechświata.

„Jeśli podniesiesz rękę w głębokim kosmosie, ile światła rzuca na nią Wszechświat? Mamy teraz dobre pojęcie o tym, jak ciemna jest przestrzeń kosmiczna. Wyniki pokazują, że zdecydowana większość światła widzialnego, które otrzymujemy z kosmosu, została wygenerowana w galaktykach. Co ważne, odkryliśmy również, że nie ma dowodów na znaczące poziomy światła wytwarzanego przez źródła obecnie nieznane astronomom” – mówi Marc Postman z Space Telescope Science Institute w Baltimore.

Odkrycia te rozwiązują zagadkę, która wprawiała naukowców w zakłopotanie od lat 60-tych XX wieku, kiedy to astronomowie Arno Penzias i Robert Wilson odkryli, że przestrzeń kosmiczna jest przeniknięta silnym promieniowaniem mikrofalowym, które, jak przewidywano, pozostało po stworzeniu samego Wszechświata. Wynik ten doprowadził do przyznania im Nagrody Nobla. Później badacze znaleźli również dowody na istnienie tła promieniowania rentgenowskiego, gamma i podczerwonego, które również wypełnia niebo.

Wykrycie tła „zwykłego” (lub widzialnego) światła – lepiej znanego jako kosmiczne tło optyczne lub COB – zapewniło sposób na zsumowanie całego światła generowanego przez galaktyki w czasie istnienia Wszechświata, zanim Kosmiczny Teleskop Hubble’a i Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba NASA mogły bezpośrednio zobaczyć słabe galaktyki tła.

W erze teleskopów Hubble’a i Jamesa Webba astronomowie mierzą COB w celu wykrycia światła, które może pochodzić ze źródeł innych niż znane galaktyki. Jednak pomiar całkowitego strumienia światła we Wszechświecie jest niezwykle trudny z Ziemi lub dowolnego miejsca w wewnętrznym Układzie Słonecznym.

„Ludzie wielokrotnie próbowali zmierzyć to bezpośrednio, ale w naszej części Układu Słonecznego jest po prostu zbyt dużo światła słonecznego i odbitego pyłu międzyplanetarnego, który rozprasza światło w mglistą mgiełkę, która przesłania słabe światło z odległego Wszechświata. Wszystkie próby zmierzenia siły COB z wewnętrznego Układu Słonecznego są obarczone dużą niepewnością” – twierdzi Tod Lauer z National Science Foundation NOIRLab w Tucson w Arizonie.

Sonda New Horizons przemierzyła miliardy kilometrów, po minięciu wszystkich planet w Układzie Słonecznym, znajduje się teraz głęboko w Pasie Kuipera i kieruje się w przestrzeń międzygwiezdną. Z odległości 57 razy większej niż Ziemia znajduje się od Słońca, przeskanowała ona Wszechświat za pomocą urządzenia Long Range Reconnaissance Imager (LORRI), zbierając dwa tuziny oddzielnych pól obrazowania.

Sam instrument LORRI został celowo osłonięty przed słońcem przez główny korpus statku kosmicznego – nawet najciemniejsze światło słoneczne nie docierało bezpośrednio do czułej kamery – a pola docelowe zostały umieszczone z dala od dysku i jądra Drogi Mlecznej oraz pobliskich jasnych gwiazd.

Operatorzy misji New Horizons wykorzystali inne dane, pozyskane w dalekiej podczerwieni przez misję Planck Europejskiej Agencji Kosmicznej, dotyczące pól o różnej gęstości pyłu, aby skalibrować poziomy emisji z zwykłym światłem widzialnym.

Pozwoliło to astronomom dokładnie przewidzieć i skorygować obecność światła rozproszonego przez pył z Drogi Mlecznej na obrazach COB – technika, która nie była dostępna podczas testowej obserwacji COB z New Horizons w 2021 roku, w której nie doceniono ilości światła rozproszonego przez pył i przeceniono nadmiar światła z samego Wszechświata.

Tym razem jednak, 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. Badanie zostało opublikowane w The Astrophysical Journal.

„Najprostsza interpretacja jest taka, że COB jest całkowicie spowodowane przez galaktyki. Patrząc poza galaktyki, znajdujemy tam ciemność i nic więcej” – zaznacza Lauer.

„To nowe badanie jest ważnym wkładem w fundamentalną kosmologię i naprawdę czymś, co można było zrobić tylko za pomocą odległego statku kosmicznego, takiego jak New Horizons. I pokazuje, że nasza obecna rozszerzona misja wnosi ważny wkład naukowy daleko wykraczający poza pierwotny cel tej misji planetarnej, zaprojektowanej w celu przeprowadzenia pierwszego bliskiego badania Plutona i obiektów Pasa Kuipera” – powiedział Alan Stern z Southwest Research Institute w Boulder w Kolorado.

Wystrzelona w styczniu 2006 r. sonda New Horizons przeprowadziła historyczny rekonesans Plutona i jego księżyców w lipcu 2015 r., a następnie w styczniu 2019 r. po raz pierwszy zbliżyła się do obiektu Pasa Kuipera, Arrokoth.

New Horizons jest obecnie w trakcie swojej drugiej rozszerzonej misji, obrazując odległe obiekty Pasa Kuipera, charakteryzując zewnętrzną heliosferę Słońca i wykonując obserwacje astrofizyczne z niezrównanego punktu obserwacyjnego w najdalszych regionach Układu Słonecznego.

Emil Gołoś