Er was een ruimtevaartuig aan de rand van het zonnestelsel nodig om nauwkeurig genoeg waarnemingen van de donkere lucht te maken
Vanuit een uitkijkpunt ver van de zon en lichtverstrooiend interplanetair stof (afbeelding in het midden), is het ruimtevaartuig New Horizons goed gepositioneerd om de zichtbare achtergrondgloed van het universum te meten.
Zelfs als je de heldere sterren, het gloeiende stof en andere nabijgelegen lichtpunten uit de inktzwarte, donkere lucht verwijdert, blijft er een achtergrondgloed achter. Die gloed komt van de kosmische zee van verre sterrenstelsels, de eerste sterren die brandden, ver samensmeltend gas in de verte – en het lijkt erop dat er iets anders in de mix zit dat onderzoekers ontwijkt.
Astronomen schatten de hoeveelheid zichtbaar licht die de kosmos doordringt door het New Horizons-ruimtevaartuig, dat in 2015 langs Pluto vloog, te trainen op een plek aan de hemel die grotendeels verstoken is van nabije sterren en sterrenstelsels (SN: 15/12/15). Die schatting moet overeenkomen met metingen van de totale hoeveelheid licht afkomstig van sterrenstelsels in de geschiedenis van het universum. Maar dat doet het nietrapporteren onderzoekers in de 1 maart Astrofysische journaalbrieven.
“Het blijkt dat de sterrenstelsels die we kennen ongeveer de helft van het niveau dat we zien kunnen uitmaken”, zegt Tod Lauer, een astronoom bij het NOIRLab van de National Science Foundation in Tucson, Ariz.
Decennialang hebben astronomen het extragalactische achtergrondlicht gemeten in verschillende golflengten, van radiogolven tot gammastralen (SN: 23-8-13; SN: 29/11/18). Dit levert een telling van het universum op en geeft onderzoekers hints over de processen die dat soort licht uitstralen.
Maar het zichtbare achtergrondlicht – ook wel de kosmische optische achtergrond of COB genoemd – is een uitdaging om te meten vanuit het binnenste zonnestelsel. Hier verstrooit veel interplanetair stof het zonlicht, waardoor de veel zwakkere COB wordt weggespoeld. Het New Horizons-ruimtevaartuig dat Pluto bezoekt, bevindt zich echter ver genoeg van de zon zodat verstrooid zonlicht de beelden van het ruimtevaartuig niet overstroomt.
Dus in september 2021 richtten Lauer en collega’s de LORRI-camera van het ruimtevaartuig op een stukje lucht en maakten een aantal foto’s. Ze verwijderden digitaal alle bekende lichtbronnen – individuele sterren, nabijgelegen sterrenstelsels, zelfs warmte van de kernenergiebron van het ruimtevaartuig (SN: 2/18/16) – en gemeten wat er nog over was om de COB te schatten.
Vervolgens gebruikten ze grote archieven met waarnemingen van sterrenstelsels, zoals die van de Hubble-ruimtetelescoop, om het licht te berekenen dat door alle sterrenstelsels in het universum wordt uitgestraald. De gemeten COB is ongeveer twee keer zo helder als die berekening.
Terwijl de groep van Lauer eerder merkte een discrepantie op, onthult deze nieuwe meting een groter verschil en met kleinere onzekerheid. “Er is duidelijk een anomalie. Nu moeten we proberen het te begrijpen en uit te leggen’, zegt co-auteur Marc Postman, een astronoom bij het Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland.
Er zijn verschillende astronomische redenen die de discrepantie kunnen verklaren. Misschien, zegt Postman, blijven schurkensterren die van sterrenstelsels zijn ontdaan, in de intergalactische ruimte hangen. Of misschien, zegt hij, is er “een zeer zwakke populatie van zeer compacte sterrenstelsels die net onder de detectielimieten van Hubble liggen.” Als het het laatste geval is, zouden astronomen het in de komende jaren moeten weten, omdat NASA’s onlangs gelanceerde James Webb Space Telescope deze nog zwakkere sterrenstelsels zal zien (SN: 10/6/21).
Een andere mogelijkheid is dat de onderzoekers iets over het hoofd hebben gezien in hun analyse. “Ik ben blij dat het is gelukt; het is absoluut een noodzakelijke meting”, zegt astrofysicus Michael Zemcov van het Rochester Institute of Technology in New York, die niet bij dit onderzoek betrokken was. Misschien missen ze wat extra gloed van het New Horizons-ruimtevaartuig en zijn LORRI-instrument, of hebben ze geen rekening gehouden met wat extra voorgrondlicht. “Volgens mij is daar een gesprek gaande over details.”
Het licht dat bijvoorbeeld door het stof van de Melkweg wordt weerkaatst, is “een heel subtiel beest”, zegt Zemcov, “en onze onzekerheden worden er waarschijnlijk op een gegeven moment door gedomineerd, alleen omdat het niet zo goed wordt begrepen.” Verschillende projecten in de komende jaren, zoals de CIBER-2-experiment en de ruimtemissie SPHERExzou astronomen kunnen helpen dit vervelende stofverstrooide licht te begrijpen, zegt Zemcov.
Daarnaast spitten hij en zijn onderzoeksgroeplid, astrofysicus Teresa Symons, door honderden oude LORRI-beelden van donkere lucht en voeren hun eigen analyses uit. Ondertussen zullen Lauer en zijn collega’s meer foto’s maken van andere delen van de lucht met LORRI om hun vertrouwen in het meten van het achtergrondlicht te versterken en om indringers van het ruimtevaartuig zelf beter te begrijpen.
“Er is iets aan de hand dat we niet hadden verwacht”, zegt Zemcov, “en daar komt het leuke van de wetenschap om de hoek kijken.”
