Nem is olyan sötét
(Rovat: Távoli világok kutatói, New Horizons , Amerika és az űrcsillagászat - 2021.02.13 08:15.)

A NASA New Horizons szondájának mérései szerint az égi háttér kevésbé sötét, mint amire a csillagászok a lehetséges kozmikus fényforrások összegzése alapján számítottak.

Az űrszonda 2015 nyarán elrepült a Plútó, majd két éve az Arrokoth mellett, de továbbra is működőképes. A közelmúltban műszereit arra fordították, ahonnan a lehető legkevesebb fénynek kellene érkeznie. Ám az égi hátteret valamivel világosabbnak találták a vártnál.

A New Horizons LORRI kamerájával az égbolt hét kiválasztott, a Tejútrendszer csillagokban és csillagközi anyagban gazdag fősíkjától távol eső területét vizsgálták. (Kép: Lauer et al. / Astrophysical Journal 2021)

A Nemzeti Kutatási Alap (NSF) NOIRLab munkatársai a New Horizons LORRI (Long Range Reconnaissance Imager) kamerájával 195 darab, egyenként 30 másodperces expozíciós idejű felvételt készítettek az égbolt hét kiválasztott, a Tejútrendszer csillagokban, porban és gázban gazdag fősíkjától távol eső területéről. Azért esett a választásuk a New Horizons műszerére, mert a Naprendszer külső térségéből, ahol most a szonda jár, az égbolt tízszer sötétebbnek látszik, mint a Földről nézve. A jelentős különbséget a Naprendszer belső térségében jelen lévő bolygóközi por fényszóró hatása okozza. A szórt fény, amelyet például állatövi fényként ismerünk, megzavarja a kozmikus optikai háttér (COB, cosmic optical background) pontos mérését. Ezt a mérést a csillagászok két lépésben végzik, megmérik különböző égterületeken az égbolt fényességét, majd ebből kivonják az összes ismert forrás fényét. A New Horizons gyakorlatilag pormentes környezetben végzett mérései esetében előny, hogy eggyel kevesebb zavaró tényezőt kell figyelembe venni.

A hét égboltrészről készített felvételeken a területek nagy galaktikus szélessége ellenére számos, a Tejútrendszerhez tartozó csillag és távoli galaxis látható. (Kép: Lauer et al. / Astrophysical Journal 2021)

Így sem egyszerű azonban a korrekciót elvégezni, mert nemcsak az adott látómezőbe eső csillagok és galaxisok fényét kell levonni a mért fényességből, hanem azokat a csillagokat és galaxisokat is figyelembe kell venni, amelyek a látómezőn kívül esnek ugyan, de fényük beszóródik a kamerába. Ugyancsak figyelembe kell venni azokat a csillagokat és galaxisokat, amelyek túl halványak ahhoz, hogy a műszer észlelje őket – ezeknek a fényét számítógépes szimulációval veszik korrekcióba. Végül figyelembe kell venni a Tejútrendszer csillagainak a csillagközi poron szóródó fényélt, az úgynevezett galaktikus cirruszt.

Miután mindezen korrekciókat elvégezték, azt tapasztalták, hogy visszamaradt bizonyos mennyiségű „extra” fény, amelynek forrására nem tudtak magyarázatot adni. Tod Lauer (NSF NOIRLab) és munkatársai az Amerikai Csillagászati Társaságban és az Astrophysical Journal hasábjain számoltak be eredményeikről.

Miután minden lehetséges fényforrást figyelembe vettek (színes oszlopok), a hét vizsgált terület mindegyikén világosabbnak találták az égboltot annál, mint akit a figyelembe vett hatások magyaráznak. Az égbolt mért fényességét a vízszintes fekete vonalak jelölik (rá merőlegesen a mérés hibája). (Kép: Lauer et al. / Astrophysical Journal 2021)

A bizonytalanság egyik forrása, hogy a csillagászok nem tudják pontosan, hány galaxis lehet a Világegyetemben. Néhány évvel ezelőtt brit csillagászok a Hubble-űrtávcsővel végzett ultramélyégi vizsgálat (HUDF, Hubble Ultra Deep Field) eredményeit elemezve arra a következtetésre jutottak, hogy a HST a látható Világegyetem galaxisainak 90%-át nem látja, következésképp a galaxisok számát 2 billiónak becsülték. Ez tízszerese a más felmérések alapján kapott számnak. A New Horizons méréseivel dolgozó kutatók azonban módosították ezt a becslést, mert úgy vélték, hogy a HUDF észlelései során nem a galaxisok 90%-át, hanem csak 50%-át nem észlelte a HST. Ám a galaxisok száma még így is százmilliárdokra rúg, vagyis kétszerese az eddig katalogizáltnak.

A Hubble Ultra Deep Field részlete, sok galaxis azonban olyan halvány, hogy még a Hubble-űrtávcsővel sem látható. Kérdés, hány ilyen halvány galaxis lehet. (Kép: NASA / ESA / H. Teplitz / M. Rafelski (IPAC / Caltech) / A. Koekemoer (STScI) / R. Windhorst (Arizona State University) / Z. Levay (STScI))

Egyáltalán nem biztos azonban, hogy a LORRI kamerával végzett mérések során tapasztalt „extra” fényt teljes egészében az eddig még ismeretlen galaxisok bocsátják ki. Teljes bizonyossággal csak annyi jelenthető ki, hogy létezik valamilyen fényforrás, amelyet a csillagok és galaxisok jelenlegi katalógusai nem tartalmaznak. Felmerült például az a lehetőség, hogy Lauerék alulbecsülték a Tejútrendszer szórt fényének hozzájárulását a háttérhez. Ha ez a lehetőség mégsem jönne szóba, akkor is kínálkoznak más magyarázatok. Elképzelhető, hogy a csillagászok nem vették kellő súllyal figyelembe a galaxisok halvány, csillagokból álló halója adta járulékot. Előfordulhatnak a galaxisukból kiszökött, és az intergalaktikus térben magányosan kóborló csillagok. Végül, de nem utolsósorban azt sem szabad figyelmen kívül hagyni, hogy esetleg valamilyen ismeretlen jelenség okozza a fénytöbbletet, például még fel nem fedezett fekete lyukak körüli anyag, vagy a sötét anyag hipotetikus részecskéi, az úgynevezett axionok.

Az éléről látszó, NGC 891 spirálgalaxisról R. Jay GaBany által készített felvételen látszik a galaxis korongjának szélén lévő csillagok halvány fénylése, ami szintén hozzájárulhat az optikai háttérhez. Ugyanígy a számítottnál nagyobb lehet a galaxisok halóját alkotó csillagok, vagy a galaxisokból kiszökött csillagok járuléka. (Kép: R. Jay GaBany, Black Bird II Observatory)