O espaço exterior ficou um pouco mais claro

O universo é uma sombra muito brilhante.

Essa pode ser a última notícia que você esperava ouvir no final de um ano negro. Mas isso é o que um grupo de astrônomos descobriu, usando câmeras na nave espacial New Horizons que uma vez visitou Plutão para medir a escuridão do espaço interplanetário.

“Há algo desconhecido por aí”, disse Tod Lauer, do Laboratório Nacional de Pesquisa em Astronomia de Infravermelho Óptico em Tucson, Arizona. “O universo não está completamente escuro e ainda não sabemos totalmente o que ele compreende.”

A 6 bilhões de quilômetros do Sol, longe de planetas brilhantes e da luz espalhada pela poeira interplanetária, o espaço vazio era cerca de duas vezes mais brilhante do que o Dr. Lauer e seus colegas esperariam encontrar. A explicação mais provável, disse ele, era que havia mais galáxias muito tênues ou aglomerados de estrelas contribuindo para a luz de fundo do universo do que seus modelos indicavam. Ou mesmo que os buracos negros nos centros das galáxias, de outra forma indistinguíveis, estavam bombeando energia extra para o vácuo.

Uma possibilidade menos emocionante, disse Lauer em um e-mail, é que “cometemos um erro e perdemos uma fonte de luz ou artefato de câmera que deveríamos ter descoberto. Isso é o que mais me preocupa. “

Uma sugestão mais intrigante, embora especulativa, envolve o que pode ser chamado de matéria fria e escura. Acredita-se que o universo está cheio de “matéria escura, ”Sua substância exata é desconhecida, mas cuja gravidade molda o cosmos visível. Algumas teorias sugerem que esta matéria poderia ser nuvens de partículas subatômicas estranhas que se decompõem ou colidem e se aniquilam radioativamente em flashes de energia que aumentam o brilho universal.

Dr. Lauer e seus colegas preferem deixar essas especulações para os físicos de partículas. “Nosso trabalho se preocupa unicamente em medir o próprio nível de fluxo”, disse ele por e-mail. “Como observadores, oferecemos isso para aqueles que conseguem descobrir o que fazer com isso.”

Marc Postman, astrônomo do Space Telescope Science Institute em Baltimore e autor de o relatório, que foi publicado online em novembrodisse: “É importante fazer isso para obter uma estimativa do conteúdo total de energia do universo, o que nos ajuda a nos informar sobre a história cósmica geral da formação de estrelas.”

Só para constar, a quantidade de luz extra que eles encontraram refletindo em torno do universo é de cerca de 10 nanowatts por metro quadrado por estereótipo, uma medida do ângulo sólido no céu. (Leva 4𝞹 steradians para cobrir o céu inteiro).

O Dr. Lauer comparou essa medida com a quantidade de luz fornecida pela estrela Sirius ou por uma geladeira aberta a um quilômetro de distância. “Para chegar um pouco mais perto do que fizemos, você pode pensar em ficar deitado na cama com as cortinas abertas em uma noite escura sem lua”, escreveu ele por e-mail. “Você pode estar acordado e olhando para as paredes. Quando Sirius limpar as montanhas, ou seu vizinho invadir sua geladeira, veremos que a luz no quarto fica um pouco mais forte. “

No entanto, ele observou: “Seu vizinho distante que comeu o resto do peru às três da manhã não vai te acordar à noite com o brilho”.

Ele disse que a medição tinha 5 por cento de chance de ser um acaso; Essa margem de erro é conhecida como 2 sigma e está longe de ser o padrão ouro para a descoberta de “5 sigma”, ou uma chance em 3,5 milhões de estar errado.

A medição da equipe incluiu apenas luz nos comprimentos de onda visíveis e precisava ser ampliada por rádio, raios-X e infravermelho, disse Postman.

Durante séculos, a escuridão do céu noturno foi a fonte de um paradoxo que leva o nome do astrônomo alemão Heinrich Wilhelm Olbers. Presumivelmente, em um universo estático infinito, cada linha de visão termina em uma estrela, o céu não deveria parecer tão brilhante quanto o sol?

Mas os astrônomos agora sabem que o universo tem apenas 13,8 bilhões de anos e está se expandindo. Como resultado, a maioria das linhas de visão não termina nas estrelas, mas no brilho desbotado do Big Bang, e os comprimentos de onda do brilho são agora tão estendidos que são invisíveis aos olhos, retratando o céu parece escuro.

Mas quão escura é a escuridão?

Não é pouca coisa somar toda a luz que você não pode ver. Existem galáxias distantes muito fracas para disparar os detectores mais sensíveis em telescópios gigantes, mas eles bombeiam energia em poeira e gás espalhados pelo espaço.

A nave espacial New Horizons foi lançada em 19 de janeiro de 2006, e acelerado por Plutão em 14 de julho de 2015. OUEm 1º de janeiro de 2019, passou por Arrokoth, anteriormente chamado de Ultima Thule, um de inúmeros icebergs cósmicos que vivem no cinturão de Kuiper na periferia do sistema solar. Ele ainda está funcionando.

As medições do Dr. Lauer foram baseadas em sete imagens do Long-Range Reconnaissance Imager, uma câmera New Horizons, e foram tiradas quando a espaçonave estava a cerca de 4 bilhões de milhas da Terra. A essa distância, a espaçonave estava bem além do brilho perturbador dos planetas ou da poeira interplanetária. Na verdade, disse Postman, ir até 10 vezes mais longe não teria produzido uma escuridão mais limpa.

“Quando você tem um telescópio na New Horizons na borda do sistema solar, você pode se perguntar, até que ponto o espaço fica escuro, afinal?” Dr. Lauer escreveu. “Use sua câmera apenas para medir o brilho do céu.” Nesse caso, as imagens eram de objetos distantes no cinturão de Kuiper. Subtraia-os e as estrelas, e o que resta é o céu puro.

A câmera, disse Postman, é um “gerador de imagens de luz branca” que recebe luz em um amplo espectro abrangendo o visível e alguns comprimentos de onda ultravioleta e infravermelho.

Assim que a equipe mediu o nível de luz na parte inferior do céu, eles tiveram que recorrer a modelos matemáticos de quantas galáxias desbotadas espreitavam abaixo dos limites normais de detecção. Quando essa quantidade foi subtraída de suas medidas, uma quantidade igual de luz de origem desconhecida permaneceu.

“É como se você contasse todas as pessoas na Terra, mas excluísse a Ásia”, disse Postman. O Dr. Lauer disse que esta é a medição mais precisa da luz de fundo até então.

O estudo continua trabalho prévio por Michael Zemcov, do Rochester Institute of Technology, que tinha um conjunto menor de imagens para analisar: quatro exposições de 10 segundos em vez de 195 exposições de 30 segundos.

Ele e seus colegas obtiveram um limite superior de cerca de 19 nanowatts por metro quadrado por esteradiano, no mesmo estágio dos resultados do Dr. Lauer.

“Esse tipo de medição realmente aumenta nossa compreensão do instrumento e do brilho da luz de todas as coisas entre nós e o universo distante”, disse Zemcov por e-mail. “As pessoas chegaram a uma variedade de fontes, mas o júri ainda não decidiu o que poderia ser.”

O que não podemos ver ainda pode mudar nossa compreensão do universo, mas Dan Hooper, um físico do Fermi National Accelerator Laboratory em Batavia, Illinois, lançou água fria sobre a ideia de que a matéria escura era a culpada. Em um e-mail, ele disse que ele e seus colegas, em um brainstorming, não haviam criado nenhuma nova física que explicasse essa luz adicional, “com exceção de algumas opções realmente barrocas e pouco atraentes”.