Насколько темно в космосе?

Новые Горизонты
Иллюстрация художника, показывающая аппарат “Новые Горзонты”, пролетающий около Плутона в июле 2015 года. Авторы и права: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute.

Насколько наше небо тёмное и что это говорит нам о количестве галактик в видимой Вселенной? Астрономы могут оценить общее количество галактик, посчитав все, которые видны на снимках телескопа “Хаббл”, а затем умножить это количество на общую площадь неба. Однако, многие галактики слишком тусклые и далёкие, чтобы их можно было увидеть. И хотя мы не можем их сосчитать, их свет наполняет космическое пространство слабым свечением.

Чтобы измерить это свечение, астрономические спутники должны покинуть внутреннюю часть Солнечной системы тем самым отсеять её световое загрязнение, вызванное отражением солнечного света от частичек пыли. Группа учёных использовала наблюдения миссии “Новые Горизонты” (НАСА) к Плутону и поясу Койпера, чтобы определить яркость этого космического оптического фона. Их результат устанавливает верхний предел количества тусклых неразрешённых галактик, показывая, что их количество исчисляется всего лишь сотнями миллиардов, а не двумя триллионами галактик, как считалось ранее.

Почему космос чёрный?

Насколько тёмный космос? Если отойти от городских огней и посмотреть вверх, участки неба между звёздами действительно окажутся очень тёмными. Космическое пространство над земной атмосферой тускнеет ещё больше, превращаясь в чернильно-чёрное как смоль. И всё же даже там космос не совсем чёрный. Вселенная наполнена слабым мерцанием бесчисленных далёких звёзд и галактик.

Звёздная галактика
Древняя звездообразующая галактика в представлении художника. Авторы и права: NRAO / AUI / NSF / B. Saxton.

Новые измерения этого слабого фонового свечения показывают, что невидимых галактик меньше, чем предполагалось в некоторых теоретических исследованиях, и их количество исчисляется лишь сотнями миллиардов, а не двумя триллионами галактик, о которых сообщалось ранее.

“Это важное число – сколько там галактик?”, – сказал Марк Постман из Научного института космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд, ведущий автор исследования. “Мы просто не видим света от двух триллионов галактик”.

Ранняя оценка была экстраполирована на основе наблюдений очень глубокого космоса с помощью космического телескопа “Хаббл”. Она опиралась на математические модели, позволяющие оценить, сколько галактик было слишком маленькими и тусклыми, чтобы “Хаббл” мог их увидеть. Эта команда пришла к выводу, что 90% галактик во Вселенной находятся за пределами способности “Хаббла” обнаруживать их в видимом свете. Новые результаты, основанные на измерениях миссии “Новые Горизонты”, говорят о гораздо более скромных цифрах.

“Возьмите все галактики, которые видит ‘Хаббл’, удвойте это число, и это то, что мы сможем увидеть, но не более того”, – сказал Тод Лауэр из NOIRLab NSF.

Космический оптический фон, который команда стремилась измерить, является эквивалентом более известного космического микроволнового фона в видимом свете – слабого послесвечения самого Большого взрыва, возникшего ещё до появления звёзд.

“В то время как космический микроволновый фон говорит нам о первых 450 000 лет сразу после Большого взрыва, космический оптический фон говорит нам кое-что о количестве всех звёзд, которые когда-либо образовались с тех пор”, – объяснил Постман. “Это накладывает ограничение на общее количество галактик во Вселенной”.

Каким бы мощным ни был “Хаббл”, команда не могла использовать его для этих наблюдений. Хотя “Хаббл” находится в космосе, он вращается вокруг Земли и по-прежнему страдает от светового загрязнения. Внутренняя часть Солнечной системы заполнена крошечными частицами пыли от распавшихся астероидов и комет. Солнечный свет отражается от этих частиц, создавая свечение, называемое зодиакальным светом, которое могут увидеть даже наблюдатели на земле.

Удаление света

Чтобы избежать воздействия зодиакального света, команде пришлось использовать обсерваторию, покинувшую внутреннюю часть Солнечной системы. К счастью, космический аппарат “Новые Горизонты”, который передал самые близкие из когда-либо полученных изображений Плутона и объектов пояса Койпера, находится достаточно далеко, чтобы провести эти измерения. На таком расстоянии (более 7 миллиардов километров, на момент проведения наблюдений) “Новые Горизонты” увидел окружающее небо в 10 раз темнее, чем самое тёмное небо, доступное для “Хаббла”.

“Подобные измерения чрезвычайно сложны. Многие люди пытались это сделать в течение долгого времени”, – сказал Лауэр. “Аппарат ‘Новые Горизонты’ предоставил нам точку обзора для измерения космического оптического фона лучше, чем кто-либо другой”.

В своей работе команда проанализировала существующие изображения из архивов зонда “Новые Горизонты”. Чтобы избавиться от слабого фонового свечения, им пришлось скорректировать ряд других факторов. Например, они вычитали свет от галактик, которые, как ожидается, существуют и которые слишком тусклые, чтобы их можно было идентифицировать. Самой сложной коррекцией было удаление света от звёзд Млечного Пути, который отражался от межзвёздной пыли и попадал в камеру.

Зеркала телескопов
Космический телескоп Хаббл (слева) имеет 2,4-метровое зеркало и телескоп Джеймса Уэбба, имеющий 6,5-метровое зеркало. Авторы и права: NASA.

Оставшийся сигнал, хотя и очень слабый, всё же можно было измерить. Итак, что может быть источником этого остаточного свечения? Возможно, что множество карликовых галактик в относительно близкой Вселенной находится вне пределов обнаруживаемости. Или диффузные ореолы звёзд, окружающие галактики, могут быть ярче, чем ожидалось. Может быть, по всему космосу разбросана популяция изгоев межгалактических звёзд. Возможно, и, что самое интригующее – там существует гораздо больше тусклых и далёких галактик, чем предполагают теории. Последнее означало бы, что плавное распределение размеров галактик, измеренное на сегодняшний день, резко возрастает за пределами самых слабых систем, которые мы можем видеть – точно так же, как на пляже больше гальки, чем камней.

Будущий космический телескоп имени Джеймса Уэбба (НАСА) может помочь разгадать эту загадку. Если причиной являются тусклые отдельные галактики, то сверхглубокие полевые наблюдения Уэбба должны их обнаружить.


Больше информации:

https://arxiv.org/
Присоединяйся

Вы могли пропустить:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.