Η εικόνα στα αριστερά δείχνει ένα τμήμα του ουρανού μας, που ονομάζεται πεδίο Boötes, σε υπέρυθρο φως, ενώ η εικόνα στα δεξιά δείχνει μια μυστηριώδη υπέρυθρη λάμψη φόντου που καταγράφηκε από το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer της NASA στην ίδια περιοχή του ουρανού. Πιστώσεις: NASA /JPL-Caltech
Τι προκαλεί τη μυστηριώδη λάμψη της ακτινοβολίας που φαίνεται σε ολόκληρο τον ουρανό από τα υπέρυθρα τηλεσκόπια; Η απάντηση μπορεί να βρίσκεται σε έναν συνδυασμό εννοιών που είναι σχετικά νέες στον τομέα της αστρονομίας και είναι επίσης κάπως αμφιλεγόμενες. Αδίστακτα αστέρια που έχουν εκδιωχθεί από γαλαξίες μπορεί να είναι ενσωματωμένα σε φωτοστέφανα της σκοτεινής ύλης που έχουν θεωρηθεί ότι περιβάλλουν γαλαξίες. Ενώ αυτά τα φωτοστέφανα της σκοτεινής ύλης είχαν ανιχνευθεί προηγουμένως μόνο έμμεσα με την παρατήρηση των βαρυτικών τους επιδράσεων, μπορεί επίσης να κρατούν την πηγή της αινιγματικής λάμψης του φόντου της ακτινοβολίας.
«Η υπέρυθρη λάμψη του φόντου στον ουρανό μας ήταν ένα τεράστιο μυστήριο», δήλωσε η Asantha Cooray από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Irvine, επικεφαλής συγγραφέας της νέας έρευνας που δημοσιεύτηκε σήμερα στο περιοδικό Nature. «Έχουμε νέα στοιχεία ότι αυτό το φως προέρχεται από τα αστέρια που παραμένουν μεταξύ των γαλαξιών. Μεμονωμένα, τα αστέρια είναι πολύ αμυδρά για να τα δούμε, αλλά πιστεύουμε ότι βλέπουμε τη συλλογική τους λάμψη».
Η συλλογική λάμψη προέρχεται από το «interhalo» των φωτοστέφανων της σκοτεινής ύλης που διαπερνούν το Σύμπαν και μπορεί να απαντήσει στο μεγάλο ερώτημα γιατί η ποσότητα του φωτός που παρατηρείται υπερβαίνει την ποσότητα του φωτός που εκπέμπεται από γνωστούς γαλαξίες.
«Οι γαλαξίες υπάρχουν σε φωτοστέφανα της σκοτεινής ύλης που είναι πολύ μεγαλύτερα από τους γαλαξίες. όταν σχηματίζονται και συγχωνεύονται οι γαλαξίες, το φωτοστέφανο της σκοτεινής ύλης μεγαλώνει και τα αστέρια και το αέριο βυθίζονται στη μέση του φωτοστέφανου», είπε ο Edward L. (Ned) Wright από το UCLA και μέλος της ομάδας που χρησιμοποίησε το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer για να αναζητήστε την πηγή του υπέρυθρου φωτός. «Αυτό που λέμε είναι ότι ένα αστέρι στα χίλια δεν το κάνει αυτό και αντ' αυτού διανέμεται σαν σκοτεινή ύλη. Δεν μπορείτε να δείτε πολύ καλά τη σκοτεινή ύλη, αλλά προτείνουμε ότι έχει στην πραγματικότητα μερικά αστέρια - μόνο το ένα δέκατο του 1 τοις εκατό του αριθμού των αστεριών στο φωτεινό μέρος του γαλαξία. Ένα στα χίλια αστέρια απογυμνώνεται από τον ορατό γαλαξία και κατανέμεται όπως η σκοτεινή ύλη».
Το φωτοστέφανο της σκοτεινής ύλης δεν είναι εντελώς σκοτεινό, είπε ο Ράιτ. «Ένα μικροσκοπικό κλάσμα, το ένα δέκατο τοις εκατό, των άστρων στον κεντρικό γαλαξία έχει απλωθεί στο φωτοστέφανο και αυτό μπορεί να προκαλέσει τις διακυμάνσεις που βλέπουμε».
Σε μεγάλα σμήνη γαλαξιών, οι αστρονόμοι έχουν βρει πολύ υψηλότερα ποσοστά φωτός ενδοφωτοστέφανου, έως και 20%, είπε ο Ράιτ.
Για αυτή τη μελέτη, οι Cooray, Wright και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer για να δημιουργήσουν έναν υπέρυθρο χάρτη μιας περιοχής του ουρανού στον αστερισμό Boötes. Το φως μας ταξιδεύει εδώ και 10 δισεκατομμύρια χρόνια.
«Πιθανώς αυτό το φως σε φωτοστέφανα εμφανίζεται παντού στον ουρανό και απλώς δεν έχει μετρηθεί πουθενά αλλού», είπε ο Ράιτ, ο οποίος είναι επίσης ο κύριος ερευνητής της αποστολής Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) της NASA.
«Αν μπορούμε πραγματικά να καταλάβουμε την προέλευση του υπέρυθρου φόντου, μπορούμε να καταλάβουμε πότε παρήχθη όλο το φως στο σύμπαν και πόσο παρήχθη», είπε ο Ράιτ. «Η ιστορία όλης της παραγωγής φωτός στο σύμπαν κωδικοποιείται σε αυτό το υπόβαθρο. Λέμε ότι οι διακυμάνσεις μπορούν να παραχθούν από τις ασαφείς άκρες των γαλαξιών που υπήρχαν την ίδια στιγμή που δημιουργήθηκαν τα περισσότερα αστέρια, περίπου 10 δισεκατομμύρια χρόνια πριν.»
Το φως εμφανίζεται με κηλίδες στις εικόνες Spitzer.
Το νέο εύρημα έρχεται σε αντίθεση με μια μελέτη που βγήκε αυτό το καλοκαίρι. Ο Alexander 'Sasha' Kashlinsky του Κέντρου Διαστημικών Πτήσεων Goddard της NASA και η ομάδα του κοίταξαν αυτό το ίδιο κομμάτι του ουρανού με τον Spitzer και πρότειναν το φως να κάνει το ασυνήθιστο σχέδιο να ερχόταν από τα πρώτα αστέρια και γαλαξίες.
Στη νέα μελέτη, ο Cooray και οι συνεργάτες του εξέτασαν δεδομένα από ένα μεγαλύτερο τμήμα του ουρανού, που ονομάζεται πεδίο Bootes, που καλύπτει ένα τόξο ισοδύναμο με 50 πανσέληνους της Γης. Αυτές οι παρατηρήσεις δεν ήταν τόσο ευαίσθητες όσο αυτές από τις μελέτες της ομάδας Kashlinsky, αλλά η μεγαλύτερη κλίμακα επέτρεψε στους ερευνητές να αναλύσουν καλύτερα το μοτίβο του υπέρυθρου φωτός φόντου.
«Κοιτάξαμε το πεδίο Bootes με τον Spitzer για 250 ώρες», είπε ο συν-συγγραφέας Daniel Stern του Εργαστηρίου Jet Propulsion της NASA στην Πασαντένα της Καλιφόρνια. «Η μελέτη του ασθενούς υπέρυθρου φόντου ήταν ένας από τους βασικούς στόχους της έρευνάς μας και σχεδιάσαμε προσεκτικά οι παρατηρήσεις προκειμένου να αντιμετωπιστεί άμεσα το σημαντικό, προκλητικό ερώτημα του τι προκαλεί τη λάμψη του φόντου».
Η ομάδα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το μοτίβο φωτός της υπέρυθρης λάμψης δεν συνάδει με τις θεωρίες και τις προσομοιώσεις υπολογιστή των πρώτων άστρων και γαλαξιών. Οι ερευνητές λένε ότι η λάμψη είναι πολύ φωτεινή για να είναι από τους πρώτους γαλαξίες, οι οποίοι πιστεύεται ότι δεν ήταν τόσο μεγάλοι ή τόσο πολλοί όσο οι γαλαξίες που βλέπουμε σήμερα γύρω μας. Αντίθετα, οι επιστήμονες προτείνουν μια νέα θεωρία για να εξηγήσουν το κηλιδωτό φως, με βάση τις θεωρίες του «ενδοσμήνου» ή «ενδοαλωτό» αστρικό φως.
Η ομάδα είπε ότι χρειάζεται περισσότερη έρευνα για να επιβεβαιωθούν αυτά τα ευρήματα, προσθέτοντας ότι το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb θα πρέπει να βοηθήσει.
«Η έντονη υπέρυθρη όραση του τηλεσκοπίου James Webb θα μπορεί να δει απευθείας μερικά από τα πρώτα αστέρια και γαλαξίες, καθώς και τα αδέσποτα αστέρια που κρύβονται ανάμεσα στα περίχωρα των κοντινών γαλαξιών», δήλωσε ο Έρικ Σμιθ, αναπληρωτής διευθυντής προγράμματος της JWST στα κεντρικά γραφεία της NASA. στην Ουάσιγκτον. «Τα μυστήρια αντικείμενα που αποτελούν το υπέρυθρο φως φόντου μπορεί τελικά να εκτεθούν».