Los científicos han viajado hasta el borde del sistema solar, al menos virtualmente, para capturar las mediciones más precisas hasta la fecha de la tenue luz que impregna el universo, un fenómeno conocido como fondo óptico cósmico.
Nueva investigación, publicada el 28 de agosto Diario astrofísicoLas observaciones se basan en la nave espacial New Horizons de la NASA, que pasó cerca de Plutón en 2015 y ahora se encuentra a unos 5.500 millones de millas de la Tierra. El estudio busca responder a una pregunta engañosamente simple, dijo el coautor Michael Shull, astrofísico de la Universidad de Colorado Boulder.
“¿El cielo está realmente oscuro?” dijo Shull, profesor emérito del Departamento de Ciencias Astrofísicas y Planetarias.
El espacio puede parecer negro al ojo humano, pero los científicos creen que no está completamente oscuro. Desde el comienzo del universo, billones de galaxias que contienen innumerables estrellas se han formado y muerto, dejando tras de sí una luz ligeramente tenue. Piense en ello como una luz nocturna en el espacio.
Schall y su equipo, dirigido por Mark Postman en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore, calcularon qué tan brillante es ese brillo. Sus hallazgos sugieren que el fondo óptico cósmico es aproximadamente 100 mil millones de veces más débil que la luz solar que llega a la superficie de la Tierra, demasiado débil para que los humanos lo vean a simple vista.
Los hallazgos podrían ayudar a los científicos a arrojar luz sobre la historia del universo desde el Big Bang.
“Somos como contadores cósmicos, sumando todas las fuentes de luz del universo que podemos explicar”, dijo Shull.
en la oscuridad
Es el tipo de cálculo numérico que ha capturado la imaginación de los científicos durante casi 50 años, añadió.
Shull explicó que, tras décadas de investigación, los astrofísicos creen tener una buena idea de cómo evolucionó el universo. Las primeras galaxias se formaron en una era conocida como Amanecer Cósmico, varios cientos de millones de años después del Big Bang. La luz de las estrellas de las galaxias del universo distante alcanzó su punto más brillante hace unos 10 mil millones de años y desde entonces se ha ido desvaneciendo.
Las mediciones precisas del fondo óptico cósmico podrían ayudar a los científicos a confirmar si esta imagen del espacio tiene sentido o si hay objetos misteriosos, aún no descubiertos, que arrojan luz en el espacio.
Sin embargo, tomar tales mediciones no es fácil, especialmente desde la Tierra.
El área alrededor de la Tierra está llena de partículas de polvo y otros desechos. La luz del sol corta este desorden para eliminar cualquier señal que pueda provenir del fondo óptico cósmico.
“Utilizo una metáfora: si quieres ver las estrellas, tienes que salir de Denver”, dijo Shull. “Tienes que salir, en la esquina noreste de Colorado, donde tienes a Dakota del Sur y Nebraska frente a ti”.
New Horizons brindó a los científicos una oportunidad única en la vida de hacer algo similar en el espacio.
Contabilidad universal
Mission tiene orígenes únicos en Colorado. Alan Stern, quien estudió como estudiante de posgrado en CU Boulder con Schall y el ex investigador asociado senior Jack Brandt, lidera la misión New Horizons. Actualmente se encuentra en el Southwest Research Institute en Boulder, Colorado. La nave espacial también lleva el Student Dust Counter, un instrumento diseñado y construido por estudiantes del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) de CU Boulder.
Durante varias semanas en el verano de 2023, los investigadores apuntaron el generador de imágenes de reconocimiento de largo alcance (LORRI) de New Horizons a 25 zonas del cielo.
Incluso en el borde del sistema solar, todavía había mucha luz extra con la que lidiar el equipo. La Vía Láctea, por ejemplo, se encuentra dentro de un halo que acumula polvo como nuestro Sistema Solar.
“No se puede escapar del polvo”, dijo Shull. “Está en todas partes”.
Él y sus colegas estimaron cuánta luz podría producir el halo y luego la restaron de lo que estaban viendo con LORRI. Después de deshacerse de fuentes de luz adicionales, el equipo se quedó con el fondo óptico cósmico.
En términos científicos, esa cantidad de fondo es de unos 11 nanovatios por metro cuadrado por estereorradián. (Un esterdiano es una porción de cielo cuyo ancho es aproximadamente 130 veces el diámetro de la Luna).
Shull dijo que este valor coincide bien con la cantidad de galaxias que los científicos creen que deberían haberse formado a partir del Big Bang. En otras palabras, el espacio no parece tener objetos extraños, como partículas exóticas, que produzcan mucha luz. Pero los investigadores no pueden descartar por completo tales anomalías.
Las mediciones del equipo pueden ser la mejor estimación de la luminosidad del universo durante mucho tiempo. New Horizons está utilizando el suministro de combustible restante para perseguir otras prioridades científicas, y actualmente no hay otras misiones dirigidas a esos rincones fríos y oscuros del espacio.
“Si ponen una cámara en una misión futura y todos esperamos algunas décadas para llegar allí, veremos mediciones más precisas”, dijo Shull.
Otros coautores del nuevo estudio incluyen a Alan Stern y Todd Lauer de SWRI en el Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica Infrarroja de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. También participaron investigadores del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins, la Universidad de Texas San Antonio y la Universidad de Virginia.