Аппарат New Horizons провел прямые измерения количества видимого света, генерируемого Вселенной
Астрономы, работающие с данными зонда NASA New Horizons, совершили прорыв в космологии: им удалось измерить суммарный свет всех галактик во Вселенной с точностью, которая ранее была недостижима. Главный вывод исследования, опубликованного в The Astrophysical Journal, заключается в том, что, вопреки многолетним спорам, во Вселенной нет никаких «лишних» источников видимого света. Весь космический оптический фон — это исключительно свет галактик, а пространство за их пределами абсолютно темно.
Измерение «темноты» на краю Солнечной системы
Ключом к разгадке стало уникальное положение аппарата New Horizons. Находясь на расстоянии более 5,4 миллиарда километров от Земли, далеко за орбитой Плутона, зонд оказался в точке, где небо является самым темным из доступных для телескопов. Внутренняя часть Солнечной системы, где работают «Хаббл» или «Джеймс Уэбб», сильно засвечена рассеянным солнечным светом и межпланетной пылью. Этот «световой шум» десятилетиями мешал ученым измерить так называемый космический оптический фон — сумму всего видимого света, произведенного во Вселенной за всю ее историю.
Как камера LORRI «увидела» невидимое
Летом 2023 года команда миссии использовала камеру высокого разрешения LORRI, изначально предназначенную для съемки поверхности Плутона. Чтобы избежать малейших помех, инженеры намеренно экранировали прибор корпусом зонда. Области съемки были выбраны вдали от яркого ядра Млечного Пути и известных звезд. После тщательного вычитания света от всех идентифицированных галактик, звезд и пылевых облаков ученые получили «остаточное» значение интенсивности.
Цифры, которые подтверждают теорию
Измеренная интенсивность космического оптического фона составила 11,16 ± 1,65 нановатт на квадратный метр на стерадиан (при длине волны 0,608 мкм, в оранжево-красном диапазоне). Это значение практически идеально совпадает с расчетной суммарной светимостью всех галактик за последние 12,6 миллиарда лет. Небольшая «аномальная» разница, которая была обнаружена, укладывается в пределы погрешности измерений.
«Самая простая интерпретация заключается в том, что космический оптический фон полностью обусловлен галактиками, — пояснил Тод Лауэр, соисследователь проекта из Национального научного фонда. — Глядя за пределы галактик, мы обнаруживаем темноту, и ничего больше». Это заявление ставит точку в спорах, которые велись с 1960-х годов, когда Пензиас и Уилсон открыли реликтовое излучение, но не смогли объяснить природу всего видимого фона.
Загадка, над которой бились астрономы несколько десятилетий, решена благодаря инструменту, который находится на самом краю известной нам Солнечной системы. Ранее, с помощью телескопов на Земле и на околоземной орбите, ученые фиксировали избыток света, который нельзя было объяснить известными галактиками. Это порождало теории о существовании экзотических объектов — например, темных звезд или распадающейся темной материи. Новые данные New Horizons не оставляют места для этих гипотез.
Это открытие имеет фундаментальное значение для космологии. Оно позволяет точнее рассчитать количество энергии, излученной Вселенной за время ее существования, и уточнить модели эволюции галактик. Кроме того, доказательство того, что «пустое» пространство действительно пусто в оптическом диапазоне, открывает новые возможности для поиска еще более слабых сигналов, например, от первых звезд или от гипотетических частиц темной материи, которые могут распадаться с испусканием света.
