Bármennyire is feketének tűnik a világűr, még az univerzum legsötétebb zugaiba is jut fény. Ennek a derengésnek – az úgynevezett kozmikus optikai háttérsugárzásnak (cosmic optical background, COB) – a mérése fontos információkat tár fel az egész világegyetem energiaegyensúlyára vonatkozóan, ami a kozmológia egyik legfontosabb problémája. A jelenleg Naptól a Földnél 57-szer távolabb járó New Horizons űrszonda által gyűjtött legújabb adatok alapján a csillagászok úgy vélik, hogy végre sikerült számszerűsíteniük a COB értékét, amely nem más, mint az idők kezdete óta kialakult több százmilliárd galaxis kumulált fénye.
Ha ezt a legmélyebb világűr minden irányából érkező fényt össze tudnánk gyűjteni, és egy üvegbe tenni, az nem világítana fényesebben, mint egy szentjánosbogár 1 méteres távolságból.
Ez összhangban van azzal, amit az elméletek előre jeleznek, és nagy megkönnyebbülést jelent maguknak a kutatásban résztvevő csillagászoknak is, akik korábbi vizsgálata során az adatok egy ismeretlen fényforrásra utaltak. A galaxisok által keltett összes fény becsült összegéhez képest 2021-es tanulmányukban a jelek szerint kétszeresen tévedtek. „Korábbi vizsgálatunkban úgy találtuk, hogy csak a mért fénymennyiség felére van magyarázat. A probléma az volt, hogy egyszerűen nem ismertük annyira a por eloszlását a Tejútrendszerben, mint amennyire kellett volna” – mondja Marc Postman, a baltimore-i Space Telescope Science Institute kutatója, az új eredményekről beszámoló tanulmány vezető szerzője.
Mennyire sötét az űr?
Annak mérése, hogy mennyire sötét az űr, egyszerűnek hangzik, de ezt pontosan megtenni meglehetősen összetett feladat. Először is, a Naprendszer belsejéből nem lehet elvégezni egy, a csillagászok számára ismerős jelenség, az állatövi fény miatt. A Földön ez egy piramis alakú fényfoltként jelentkezik meg a hajnali égbolton, amelyet a Nap körül keringő és annak fényét szóró porszemcsék felhője okoz.
E természetes fényforrás elől „menekülve” a kutatók a New Horizons űrszondához fordultak, ahhoz az űreszközhöz, amely 2015-ben először repült el a Pluto rendszere mellett. Bár műszereit nem a COB mérésére tervezték, a kutatók rájöttek, hogy kihasználhatják a szonda elhelyezkedését, amely már annyira messze van a Kuiper-övben, ahol gyakorlatilag nem érinti az állatövi fény.
A kutatócsoport 2021-ben tette közzé első eredményeit, felhasználva a New Horizons archív megfigyeléseit, amelyek során az űreszköz a Tejútrendszer korongjából kifelé, a pólusok felé irányította kameráját. E mezők kiválasztásával a csapat a galaktikus port kívánta elkerülni. Elemzésük azonban azt mutatta, hogy a COB a vártnál fényesebb – ami valamilyen ismeretlen kozmikus összetevőre utalt.
A vizsgálat érdekében a kutatócsoport ezután a New Horizons Long Range Reconnaissance Imager (LORRI) műszere segítségével újabb megfigyeléseket végzett, hogy átfogóbb felmérést készítsen a COB méréséhez, amely összesen végül 23 megfigyelési mezőt foglalt magában. A kutatóknak ügyelniük kellett arra, hogy a LORRI-t mind a Naptól, mind a Tejútrendszer fényes belső korongjától, valamint a fényes közeli csillagoktól is távolra pozícionálják.
Ez az átfogóbb felmérés azt is lehetővé tette a csapat számára, hogy felhasználják az Európai Űrügynökség Planck-küldetése során a galaktikus por eloszlásáról készült térképet. Bár ezek az adatok a távoli infravörös hullámhosszokon készültek, a kutatócsoport össze tudta hasonlítani őket az új felmérés adataival, és meg tudták becsülni, hogy ezek a porfelhők hogyan szórják a látható fényt, és korrigálni tudta azt a COB-képeken. Ezt a megközelítést 2021-ben, amikor még kevesebb adat állt rendelkezésükre, nem tudták alkalmazni.
Az új eredmények pedig megmutatták, hogy a kutatók eredetileg alábecsülték a Tejútrendszerben lévő por által szórt fény mennyiségét, és túlbecsülték a COB intenzitását. „A korábban megmagyarázhatatlan extra fényesség igazából maga a por volt, amely történetesen nagyon magas galaktikus szélességen helyezkedett el” – mondja Postman.
Ennek a fénynek a fő forrásai az úgynevezett infravörös cirruszfelhők. Ezek a porban gazdag, fonalas struktúrák a távoli infravörös hullámhossztartományban sugároznak, de a látható fényt is szórják. „Ez egy nagyon találó elnevezés, mert olyanok, mint a cirruszfelhők a légkörünkben” – mondja Tod Lauer, a tucsoni Nemzeti Optikai és Infravörös Csillagászati Kutató Laboratórium munkatársa, a tanulmány társszerzője. Míg a földi cirruszfelhők a napfényt szórják, a galaktikus cirruszfelhők a galaxisunkban lévő csillagok fényét szórják, még akkor is, ha a forrás nincs is a felhők közelében. Mivel ezek a magasan fekvő felhők a Tejútrendszeren kívül helyezkednek el, és az egész galaxis fényét verik vissza, az amatőr csillagászok integrált fluxusködnek is nevezik a jelenséget.
„Most, hogy a galaktikus cirruszok hozzájárulását is figyelembe vettük, azt hiszem, mi vagyunk az elsők, akik azt mondhatjuk, egyértelmű, hogy csak a galaxisok okozzák a COB-ot”
– mondja Lauer.
A teljes kép
A COB a kutatók mérései még mindig valamivel erősebb, mint a galaktikus fény becsült összmennyisége. Ez hagy némi mozgásteret, amely potenciálisan alkalmas lehet a jövőbeni fényforrások felfedezésekre. De a legegyszerűbb magyarázat, ahogy Postman fogalmaz, hogy amit látunk, amikor a kozmikus optikai hátteret nézzük, az az egész világegyetemben a csillagkeletkezés története során keletkezett összes fény összege.
A látható fényen túl a csillagászok az elektromágneses spektrum többi részét is sokat vizsgálják, hogy megértsék az univerzum teljes energiaháztartását, amire rádió-, infravörös, látható, ultraibolya és röntgensugárzás összeadása a legbiztosabb módszer. A legkorábbi releváns felfedezés a területen a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás (cosmic microwave background, CMB) azonosítása volt, amire teljesen véletlenül került sor. 1965-ben New Jerseyben két rádiócsillagász egy mikrohullámú antennát hangolt, hogy a Föld egyik pontjáról a másikra indított rádiójeleket befogja, amikor egy minden irányból érkező, állandó szintű többletzajt észleltek.
Arno Penzias és Robert Wilson valami nagy dologra bukkantak – olyan nagyra, hogy végül eljutottak az ősrobbanás elméletéig.
A CMB az a fény, amely azelőttről érkezik hozzánk, hogy léteztek volna galaxisok, csillagok vagy fekete lyukak. Postman kifejezően az ősrobbanás hűlő parazsának nevezi a sugárzást. A csillagászok 50 éven át sikertelenül próbálták megmérni ennek látható megfelelőjét. Végül a New Horizons, egy aprócska távcsővel és egy fekete-fehér kamerával felszerelt űrszonda adta meg a választ a rejtélyre a Naprendszerünk legtávolabbi vidékein utazva.
A látható fény után az infravörös tartomány a következő nagy elektromágneses sáv, amit fel kell tárni ilyen szempontból, de az energia oroszlánrészét még mindig a CMB rejti. Bár kis energiájú fotonokról van szó, a bőségük mégis óriási teljes energiamennyiséget ad ki. A rádiótartomány után a legnagyobb energiájú elektromágneses sáv a jelek szerint a látható fényé, így Postmanék friss tanulmányának köszönhetően a csillagászok egy fontos lépéssel közelebb kerültek az univerzum energiáinak megértéséhez.
