Los científicos han viajado a los bordes del sistema solar, al menos en la práctica, para obtener las mediciones más precisas hasta la fecha del tenue resplandor que impregna el universo, un fenómeno conocido como fondo óptico cósmico.
Nueva investigación, publicada el 28 de agosto. La revista astrofísicase basa en observaciones de 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 coautor Michael Scholl, astrofísico de la Universidad de Colorado Boulder, dijo que la investigación intenta responder a una pregunta engañosamente simple.
“¿El cielo está realmente negro?” dijo Shull, profesor emérito del Departamento de Ciencias Astronómicas y Planetarias.
El espacio puede parecer oscuro al ojo humano, pero los científicos creen que no está completamente oscuro. Desde los albores del universo, billones de galaxias que contienen innumerables estrellas se han formado y muerto, dejando tras de sí una luz inimaginablemente tenue. Piense en ello como una luz nocturna en el espacio.
Schull y un equipo dirigido por Mark Postman del Instituto Científico del Telescopio Espacial de Baltimore estimaron cuán brillante es el resplandor. Sus hallazgos muestran 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 después del Big Bang.
“Somos como contadores cósmicos, agregando todas las fuentes de luz que podemos tener en cuenta en el universo”, dijo Shull.
En la oscuridad
Es un 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 idea bastante clara de cómo evolucionó el universo. Varios cientos de millones de años después del Big Bang, las primeras galaxias se formaron durante una era conocida como el Amanecer Cósmico. La luz de las estrellas de las galaxias del universo distante alcanzó su punto máximo hace unos 10 mil millones de años y se ha ido atenuando desde entonces.
Las mediciones precisas del fondo óptico cósmico pueden ayudar a los científicos a confirmar si esta imagen del universo tiene sentido o si hay objetos misteriosos aún sin descubrir que brillan en el espacio.
Sin embargo, este tipo de mediciones no son fáciles de realizar, especialmente desde el suelo.
El vecindario de la Tierra está lleno de pequeños granos de polvo y otros desechos. La luz del sol elimina esta suciedad, eliminando cualquier señal que pueda provenir del fondo óptico cósmico.
“Una metáfora que uso es que si quieres ver las estrellas, tienes que salir de Denver”, dijo Shull. “Tienes que salir, justo a la esquina noreste de Colorado, donde sólo tienes a Dakota del Sur y Nebraska frente a ti”.
New Horizons ha brindado a los científicos una oportunidad única en la vida de hacer algo similar en el espacio.
Contabilidad universal
La naturaleza única de la misión es de Colorado. Alan Stern, quien estudió como estudiante de posgrado en CU Boulder con Schull y el ex investigador asociado senior Jack Brandt, lidera la misión New Horizons. Actualmente reside en el Southwest Research Institute en Boulder, Colorado. La nave espacial también alberga 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, el equipo todavía tenía mucha luz extra con la que lidiar. Por ejemplo, la Vía Láctea se encuentra dentro de un halo que, al igual que nuestro sistema solar, acumula polvo.
“No se puede levantar el polvo”, dijo Shull. “Está en todas partes”.
Él y sus colegas estimaron cuánta luz podría producir ese 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 una base cosmológica.
En términos científicos, esta cantidad de fondo es de aproximadamente 11 nanovatios por metro cuadrado y estereorradián. (Un estereorradián es un trozo de cielo cuyo ancho es 130 veces el diámetro de la Luna).
Ese valor coincide bien con la cantidad de galaxias que los científicos creen que deberían haberse formado desde el Big Bang, dijo Shull. De otra manera, parece que no hay objetos extraños en el espacio, como tipos exóticos de partículas, que produzcan mucha luz. Pero los investigadores no pueden descartar por completo tales anomalías.
Es probable que las mediciones del equipo sean la mejor estimación de la luminosidad del universo en mucho tiempo. New Horizons está utilizando el suministro de combustible restante para perseguir otras prioridades científicas, y actualmente no hay otras misiones dirigidas a estos rincones fríos y oscuros del espacio.
“Si ponen una cámara en una misión futura y todos esperamos algunas décadas hasta que llegue, podríamos ver mediciones más precisas”, dijo Shull.
Otros coautores del nuevo estudio incluyen a Alan Stern de SWRI y Todd Lauer del 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 en San Antonio y la Universidad de Virginia.
