L'illustrazione di questo artista mostra la navicella spaziale New Horizons della NASA nel sistema solare esterno. Sullo sfondo si trova il Sole e una fascia luminosa che rappresenta la luce zodiacale, causato dalla luce solare riflessa dalla polvere. Viaggiando oltre il sistema solare interno e il relativo inquinamento luminoso, New Horizons è stato in grado di rispondere alla domanda:quanto è buio lo spazio? In basso a destra ci sono le stelle di sfondo della Via Lattea. Credito:Joe Olmsted (STScI)
Com'è scuro il cielo, e cosa ci dice questo sul numero di galassie nell'universo visibile? Gli astronomi possono stimare il numero totale di galassie contando tutto ciò che è visibile in un campo profondo di Hubble e poi moltiplicandolo per l'area totale del cielo. Ma altre galassie sono troppo deboli e distanti per essere rilevate direttamente. Eppure, mentre non possiamo contarli, la loro luce pervade lo spazio con un debole bagliore.
Per misurare quel bagliore, i satelliti astronomici devono sfuggire al sistema solare interno e al suo inquinamento luminoso, causato dalla luce solare che riflette la polvere. Un team di scienziati ha utilizzato le osservazioni della missione New Horizons della NASA su Plutone e sulla fascia di Kuiper per determinare la luminosità di questo sfondo ottico cosmico. Il loro risultato pone un limite superiore all'abbondanza di deboli, galassie irrisolte, mostrando che sono solo centinaia di miliardi, non 2 trilioni di galassie come si credeva in precedenza.
Quanto diventa buio lo spazio? Se ti allontani dalle luci della città e guardi in alto, il cielo tra le stelle appare davvero molto scuro. Al di sopra dell'atmosfera terrestre lo spazio esterno si attenua ulteriormente, dissolvenza in un nero come la pece. Eppure anche lì, lo spazio non è assolutamente nero. L'universo ha un debole bagliore soffuso da innumerevoli stelle e galassie lontane.
Nuove misurazioni di quel debole bagliore di fondo mostrano che le galassie invisibili sono meno abbondanti di quanto suggerito da alcuni studi teorici, numerazione solo in centinaia di miliardi piuttosto che nei due trilioni di galassie precedentemente riportati.
"È un numero importante da sapere:quante galassie ci sono?" ha affermato Marc Postman dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, Maryland, un autore principale dello studio. "Semplicemente non vediamo la luce di due trilioni di galassie".
La stima precedente è stata estrapolata dalle osservazioni del cielo molto profondo del telescopio spaziale Hubble della NASA. Si basava su modelli matematici per stimare quante galassie erano troppo piccole e deboli per essere viste da Hubble. Quel team ha concluso che il 90% delle galassie nell'universo era al di là della capacità di Hubble di rilevare alla luce visibile. Le nuove scoperte, che si basava su misurazioni della lontana missione New Horizons della NASA, suggeriscono un numero molto più modesto.
"Prendi tutte le galassie che Hubble può vedere, raddoppiare quel numero, ed è quello che vediamo, ma niente di più, " ha dichiarato Tod Lauer di NOIRLab di NSF, un autore principale dello studio.
Questi risultati saranno presentati mercoledì, Il 13 gennaio in una riunione dell'American Astronomical Society, che è aperto ai partecipanti registrati.
Il fondo ottico cosmico che il team ha cercato di misurare è l'equivalente in luce visibile del più noto fondo cosmico a microonde:il debole bagliore residuo del big bang stesso, prima che le stelle esistessero.
Questa foto mostra un fenomeno noto come luce zodiacale. In basso a sinistra, una macchia luminosa si estende in alto a destra in direzione di Giove, l'oggetto luminoso a sinistra del centro. La luce zodiacale è causata dalla luce solare che si riflette su minuscole particelle di polvere nel sistema solare interno, i resti disintegrati di comete e asteroidi. I tentativi di misurare come lo spazio oscuro stia usando telescopi come Hubble sono stati vanificati da questo bagliore ambientale. Di conseguenza, gli astronomi si sono affidati alla lontana navicella spaziale New Horizons della NASA per osservare il cielo libero dalla luce zodiacale. Lo sfondo debole che hanno misurato è l'equivalente di vedere la luce del frigorifero di un vicino da un miglio di distanza. Questo molto ampio, il panorama multi-frame è stato scattato nell'ottobre 2014 al Canyon de Chelly National Monument nel nord-est dell'Arizona. La luce zodiacale è a sinistra, con la Via Lattea settentrionale a destra. La costellazione di Orione è in alto a destra. Giove è l'oggetto più luminoso a sinistra del centro, mentre un oggetto altrettanto luminoso a destra (sotto Orione) è Sirio. M44 (l'ammasso di Praesepe) è appena sopra Giove. All'orizzonte, un bagliore giallo indica la posizione della vicina città di Chinle, Arizona. Credito:Z. Levay
"Mentre il fondo cosmico a microonde ci parla dei primi 450, 000 anni dopo il big bang, lo sfondo ottico cosmico ci dice qualcosa sulla somma totale di tutte le stelle che si sono mai formate da allora, " ha spiegato Postman. "Mette un vincolo sul numero totale di galassie che sono state create, e dove potrebbero essere in tempo."
Potente quanto Hubble è, il team non poteva usarlo per fare queste osservazioni. Pur trovandosi nello spazio, Hubble orbita attorno alla Terra e soffre ancora di inquinamento luminoso. Il sistema solare interno è pieno di minuscole particelle di polvere provenienti da asteroidi e comete disintegrati. La luce del sole si riflette su quelle particelle, creando un bagliore chiamato luce zodiacale che può essere osservato anche dagli osservatori del cielo a terra.
Per sfuggire alla luce zodiacale, il team ha dovuto utilizzare un osservatorio sfuggito al sistema solare interno. Fortunatamente la navicella spaziale New Horizons, che ha consegnato le immagini più vicine di sempre di Plutone e dell'oggetto della fascia di Kuiper Arrokoth, è abbastanza lontano per fare queste misurazioni. Alla sua distanza (più di 4 miliardi di miglia di distanza quando sono state prese queste osservazioni), New Horizons sperimenta un cielo ambientale 10 volte più scuro del cielo più scuro accessibile a Hubble.
"Questo tipo di misurazioni è estremamente difficile. Molte persone hanno provato a farlo per molto tempo, " ha detto Lauer. "New Horizons ci ha fornito un punto di osservazione per misurare lo sfondo ottico cosmico meglio di chiunque altro sia stato in grado di farlo."
Il team ha analizzato le immagini esistenti dagli archivi di New Horizons. Per stuzzicare il debole bagliore dello sfondo, hanno dovuto correggere per una serie di altri fattori. Per esempio, hanno sottratto la luce dalle galassie previste che sono troppo deboli per essere identificabili. La correzione più impegnativa è stata rimuovere la luce dalle stelle della Via Lattea che è stata riflessa dalla polvere interstellare e nella fotocamera.
Il segnale rimanente, sebbene estremamente debole, era ancora misurabile. Il postino lo ha paragonato a vivere in una zona remota lontana dalle luci della città, sdraiato nella tua camera da letto di notte con le tende aperte. Se un vicino a un chilometro di distanza apre il frigorifero in cerca di uno spuntino di mezzanotte, e la luce del loro frigorifero si rifletteva sulle pareti della camera da letto, sarebbe luminoso come lo sfondo rilevato da New Horizons.
Così, quale potrebbe essere la fonte di questo bagliore residuo? È possibile che un'abbondanza di galassie nane nell'universo relativamente vicino si trovi appena oltre la rilevabilità. Oppure gli aloni diffusi delle stelle che circondano le galassie potrebbero essere più luminosi del previsto. Potrebbe esserci una popolazione di canaglia, stelle intergalattiche sparse in tutto il cosmo. Forse più intrigante, potrebbero essercene molti di più deboli, galassie lontane di quanto suggeriscano le teorie. Ciò significherebbe che la distribuzione uniforme delle dimensioni delle galassie misurate fino ad oggi sale vertiginosamente appena oltre i sistemi più deboli che possiamo vedere, proprio come ci sono molti più ciottoli su una spiaggia che rocce.
NASA's upcoming James Webb Space Telescope may be able to help solve the mystery. If faint, individual galaxies are the cause, then Webb ultra-deep field observations should be able to detect them.
This study is accepted for publication in Il Giornale Astrofisico .
