Насколько темный космос? Если отойти от городских огней и посмотреть вверх, небо между звездами действительно окажется очень темным. Выше атмосферы Земли космическое пространство темнеет еще больше, превращаясь в чернильно-черное как смоль. И все же даже там космос не совсем черный. Вселенная наполнена слабым отблеском бесчисленных далеких звезд и галактик.
Новые измерения этого слабого фонового свечения показывают, что невидимых галактик меньше, чем предполагалось в некоторых теоретических исследованиях, и их число исчисляется лишь сотнями миллиардов, а не двумя триллионами галактик, о которых сообщалось ранее.
«Это важное число – сколько всего галактик? – отмечает сказал Марк Постман из Научного института космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд, ведущий автор исследования. – Мы просто не видим света от двух триллионов галактик».
Ранее оценка была экстраполирована из очень глубоких наблюдений неба космического телескопа Хаббла NASA. Он опирался на математические модели, чтобы оценить, сколько галактик было слишком маленькими и тусклыми, чтобы Хаббл мог его увидеть. Эта команда пришла к выводу, что 90% галактик во Вселенной были за пределами способности Хаббла обнаруживать в видимом свете. Новые результаты, основанные на измерениях далекой миссии НАСА New Horizons, предполагают гораздо более скромное число, согласующееся со старыми данными Хаббла.
«Возьмите все галактики, которые видит Хаббл, удвойте это число, и это то, что мы видим, но не более того», – заявил Тод Лауэр из NOIRLab NSF, ведущий автор исследования.
Космический оптический фон, который команда стремилась измерить, является эквивалентом более известного космического микроволнового фона в видимом свете – слабого послесвечения самого Большого взрыва до появления звезд.
«В то время как космический микроволновый фон говорит нам о первых 450 000 лет после Большого взрыва, космический оптический фон говорит нам кое-что о сумме всех звезд, которые когда-либо образовались с тех пор», – объяснил Постман. «Это накладывает ограничение на общее количество галактик, которые были созданы, и на то, где они могут быть во времени».
Каким бы мощным ни был Хаббл, команда не могла использовать его для этих наблюдений. Хотя Хаббл находится в космосе, он вращается вокруг Земли и по-прежнему страдает от светового загрязнения. Внутренняя часть Солнечной системы заполнена крошечными частицами пыли от распавшихся астероидов и комет. Солнечный свет отражается от этих частиц, создавая свечение, называемое зодиакальным светом, которое могут наблюдать даже наблюдатели на земле.
Чтобы избежать зодиакального света, команде пришлось использовать обсерваторию, ускользнувшую от внутренней части Солнечной системы. К счастью, космический аппарат New Horizons, который доставил самые близкие из когда-либо полученных изображений Плутона и объекта Аррокот в поясе Койпера, находится достаточно далеко, чтобы провести эти измерения. На таком расстоянии (более 6 миллиардов километров, когда были сделаны эти наблюдения) New Horizons видит окружающее небо в 10 раз темнее, чем самое темное небо, доступное для Хаббла.
«Такие измерения чрезвычайно сложны. Многие люди пытались это сделать в течение долгого времени, – сказал Лауэр. – New Horizons предоставил нам удобную точку для измерения космического оптического фона лучше, чем кто-либо мог это сделать».
Команда проанализировала существующие изображения из архивов New Horizons. Чтобы избавиться от слабого фонового свечения, им пришлось скорректировать ряд других факторов. Например, они вычитали свет от галактик, которые, как ожидается, существуют, которые слишком тусклые, чтобы их можно было идентифицировать. Самой сложной коррекцией было удаление света от звезд Млечного Пути, который отражался от межзвездной пыли и попадал в камеру.
Оставшийся сигнал, хотя и очень слабый, все же можно было измерить. Итак, что может быть источником этого оставшегося свечения? Возможно, что множество карликовых галактик в относительно близкой вселенной находится вне пределов обнаружимости. Или диффузные ореолы звезд, окружающие галактики, могут быть ярче, чем ожидалось. Может быть, по всему космосу разбросана популяция межгалактических звезд-изгоев. Возможно, самое интригующее – может быть, существует гораздо больше тусклых и далеких галактик, чем предполагают теории. Это означало бы, что плавное распределение размеров галактик, измеренное на сегодняшний день, резко возрастает за пределами самых слабых систем, которые мы можем видеть – точно так же, как на пляже больше гальки, чем камней.
Следующий космический телескоп Джеймса Уэбба может помочь разгадать загадку. Если причиной являются тусклые отдельные галактики, то сверхглубокие полевые наблюдения Уэбба должны их обнаружить.
