La luce delle stelle sullo sfondo dell’universo è due volte più luminosa del previsto

Anche quando rimuovi le stelle luminose, la polvere luminosa e altri punti di luce vicini dal cielo scuro e color inchiostro, rimane un bagliore di sfondo. Quel bagliore proviene dal mare cosmico di galassie lontane, le prime stelle che hanno bruciato, gas di coalescenza lontani – e, a quanto pare, qualcos’altro nel mix che sta sfuggendo ai ricercatori.

Gli astronomi hanno stimato la quantità di luce visibile che pervade il cosmo addestrando la navicella spaziale New Horizons, che ha sorvolato Plutone nel 2015, in un punto del cielo per lo più privo di stelle e galassie vicine (SN: 15/12/15). Tale stima dovrebbe corrispondere alle misurazioni della quantità totale di luce proveniente dalle galassie nella storia dell’universo. Ma non è così, riferiscono i ricercatori il 1 marzo Lettere del diario astrofisico.

“Si scopre che le galassie di cui siamo a conoscenza possono rappresentare circa la metà del livello che vediamo”, afferma Tod Lauer, astronomo presso il NOIRLab della National Science Foundation a Tucson, in Arizona.

Per decenni, gli astronomi hanno misurato la luce di fondo extragalattica in diverse lunghezze d’onda, dalle onde radio ai raggi gamma (SN: 23/08/13; SN: 29/11/18). Ciò fornisce un censimento dell’universo e fornisce ai ricercatori suggerimenti sui processi che emettono quei tipi di luce.

Ma lo sfondo di luce visibile – soprannominato sfondo ottico cosmico, o COB – è difficile da misurare dal sistema solare interno. Qui, molta polvere interplanetaria disperde la luce solare, sbiadendo il COB molto più debole. La navicella spaziale New Horizons in visita a Plutone, tuttavia, è abbastanza lontana dal sole che la luce solare diffusa non inonda le immagini della navicella spaziale.

La luce solare che si disperde dalla polvere vicino alla Terra crea una bella fotografia (visto qui dall’Osservatorio di La Silla in Cile come una colonna di luce), ma ostacola le osservazioni del debole sfondo cosmico.Y. Beletsky/ESO

Quindi, nel settembre 2021, Lauer e colleghi hanno indicato la telecamera LORRI della navicella spaziale verso una macchia di cielo e hanno scattato un sacco di foto. Hanno rimosso digitalmente tutte le fonti di luce conosciute: singole stelle, galassie vicine, persino il calore dalla fonte di energia nucleare del veicolo spaziale (SN: 18/02/16) – e misurato quanto restava per stimare il COB.

Quindi hanno utilizzato grandi archivi di osservazioni di galassie, come quelli del telescopio spaziale Hubble, per calcolare la luce consentita da tutte le galassie dell’universo. Il COB misurato è circa due volte più luminoso di quel calcolo.

Mentre il gruppo di Lauer aveva precedentemente notato una discrepanza, questa nuova misurazione rivela una differenza più ampia e con un’incertezza minore. “C’è chiaramente un’anomalia. Ora dobbiamo cercare di capirlo e spiegarlo “, afferma il coautore Marc Postman, astronomo dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, Md.

Ci sono diverse ragioni astronomiche che potrebbero spiegare la discrepanza. Forse, dice Postman, le stelle canaglia strappate dalla galassia indugiano nello spazio intergalattico. O forse, dice, c’è “una popolazione molto debole di galassie molto compatte che sono appena al di sotto dei limiti di rilevamento di Hubble”. Se è quest’ultimo caso, gli astronomi dovrebbero saperlo nei prossimi due anni perché il telescopio spaziale James Webb recentemente lanciato dalla NASA vedrà queste galassie ancora più deboli (SN: 6/10/21).

Un’altra possibilità è che i ricercatori abbiano perso qualcosa nella loro analisi. “Sono contento che sia stato fatto; è assolutamente una misurazione necessaria “, afferma l’astrofisico Michael Zemcov del Rochester Institute of Technology di New York che non è stato coinvolto in questo studio. Forse mancano un po’ di bagliore aggiuntivo dalla navicella spaziale New Horizons e dal suo strumento LORRI, o non hanno tenuto conto di una luce aggiuntiva in primo piano. “Penso che ci sia una conversazione lì sui dettagli.”

La luce che si riflette sulla polvere della Via Lattea, ad esempio, è “una bestia molto sottile”, dice Zemcov, “ed è probabile che le nostre incertezze ne vengano dominate a un certo punto, solo perché non è molto ben compresa”. Diversi progetti nei prossimi anni, come l’esperimento CIBER-2 e la missione spaziale SPHEREx, potrebbero aiutare gli astronomi a comprendere questa fastidiosa luce sparsa di polvere, afferma Zemcov.

Inoltre, lui e il suo membro del gruppo di ricerca, l’astrofisica Teresa Symons, stanno esaminando centinaia di vecchie immagini LORRI del cielo scuro ed eseguendo le proprie analisi. Nel frattempo, Lauer e i suoi colleghi scatteranno altre foto di altre zone di cielo con LORRI per rafforzare la loro fiducia nella misurazione della luce di fondo e per comprendere meglio le intrusioni del veicolo spaziale stesso.

“Sta succedendo qualcosa che non ci aspettavamo”, dice Zemcov, “ed è qui che entra in gioco la parte divertente della scienza”.

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