Usando um experimento realizado no espaço em um foguete suborbital NASA, astrônomos na Caltech e seus colegas detectaram um brilho difuso cósmica que parece representar mais luz do que a produzida por galáxias conhecidas no universo. Inicialmente alguns pesquisadores propuseram que esta luz veio desde as primeiras galáxias se formam e acender estrelas após o Big Bang. CalTech pesquisadores dizem que a melhor explicação é que a luz cósmica origina de estrelas que foram arrancadas de suas galáxias-mãe e jogou para fora espaço como essas galáxias colidiram e se fundiram com outras galáxias.
A descoberta sugere que muitos desses estrelas não detectadas previamente permeiam o que tinha sido pensado para ser espaços escuros entre galáxias, formando um mar interligada de estrelas. "Medir tais grandes flutuações nos surpreendeu, mas realizamos muitos testes para mostrar os resultados são confiáveis", diz CalTech Fellow Michael Zemcov, que liderou o estudo.
Embora eles não podem ser vistos individualmente, "a luz total produzido por essas estrelas errantes é aproximadamente igual à luz fundo temos de contar até galáxias individuais", diz Bock, também um cientista de pesquisa sênior da JPL. Bock é o principal pesquisador do projeto do foguete, chamado Cosmic Background Infrared Experiment, ou CIBER , que se originou na Caltech e voou em quatro vôos de foguetes a partir de 2009 até 2013.
Em estudos anteriores, da Nasa, o Telescópio Espacial Spitzer , que vê o universo em comprimentos de onda mais longos, havia observado um padrão manchado de luz infravermelha chamado de fundo de infravermelhos cósmica. As manchas são muito maiores do que as galáxias individuais. "Estamos estruturas que são grande em uma escala cósmica de medição", diz Zemcov ", e estes tamanhos estão associados a galáxias ajuntar juntos em um padrão de grande escala."
CIBER foi projetado para ajudar a resolver o debate. "CIBER nasceu como uma conversa comAsantha Cooray , um cosmólogo teórica na UC Irvine e no momento pós-doutorado no Caltech com o [ex-professor] Marc Kamionkowski ", explica Bock. "Asantha desenvolveu uma ideia para o estudo de galáxias medindo a sua estrutura em larga escala. Forma Galaxies em halos de matéria escura, que são mais densas regiões inicialmente semeadas no início do universo pela inflação. Além disso, as galáxias não só começar nestes halos, eles tendem a se agrupar também. Asantha teve a brilhante idéia de medir essa estrutura em larga escala diretamente de mapas. Experimentalmente, é muito mais fácil para nós para fazer um mapa de tirar uma foto de campo amplo, com uma pequena câmera, do que ir através de e medindo galáxias tênues um por um com um grande telescópio. "
Cooray originalmente desenvolvido esta abordagem para os comprimentos de onda infravermelhos mais observadas pela Agência Espacial Europeia Observatório Espacial Herschel ."Com o seu espelho de 3,5 metros de diâmetro, Herschel é pequeno demais para contar todas as galáxias que fazem a luz de fundo infravermelho, para que ele, em vez obteve esta informação a partir da estrutura espacial no mapa", diz Bock.
"Enquanto isso, eu estava trabalhando em experimentos de foguetes do infravermelho próximo, e estava interessado em novas formas de usar esta ideia original para estudar a fundo extragaláctica", diz ele. O fundo infravermelho extragaláctica representa toda a luz infravermelha de todas as fontes no universo ", e havia algumas dicas que não sabia onde estava tudo vindo."
Em outras palavras, se você calcular a luz produzida por galáxias individuais, você acharia que eles fizeram menos do que a luz de fundo. "Pode-se tentar medir o brilho total de céu diretamente", diz Bock ", mas o problema é que a 'luz zodiacal," primeiro plano devido a poeira no sistema solar refletindo a luz do sol, é tão brilhante que é difícil subtrair com precisão suficiente para medir o fundo extragaláctica. Então nós colocamos estas duas idéias em conjunto, aplicando abordagem de mapeamento de Asantha para novos comprimentos de onda, e decidiu que a melhor maneira de chegar ao fundo extragaláctica foi medir flutuações espaciais em escalas angulares em torno de um grau. Isso levou a CIBER ".
O experimento CIBER consiste em três instrumentos, incluindo dois espectrómetros para determinar o brilho da luz celeste e medir o fundo infravermelho cósmica directamente. As medições na recente publicação são feitas com duas câmeras em todo o campo de pesquisa para flutuações nos dois comprimentos de onda de luz infravermelho próximo. Atmosfera superior da Terra brilha intensamente nos comprimentos de onda CIBER. Mas as medições podem ser feitas em que glow-in apenas o curto espaço de tempo-espaço evitando que um foguete suborbital moscas acima da atmosfera, antes de descer novamente para trás em direção ao planeta.
CIBER voou quatro missões em todos; Este trabalho apresenta resultados do segundo e terceiro de voos da Ciber, lançados em 2010 e 2012 a partir de White Sands Missile Range, no Novo México e recuperados depois de pára-quedas. Nos vôos, os pesquisadores observaram a mesma parte do céu em um horário diferente do ano, e trocou as Matrizes de detectores como crosscheck contra artefatos de dados criados pelos sensores. "Esta série de voos foi bastante útil no desenvolvimento de total confiança nos resultados", diz Zemcov. "Para o voo final, decidimos ficar mais tempo acima da atmosfera e foi com um vôo não recuperada no Oceano Atlântico em um foguete de quatro estágios." (Os dados a partir do quarto voo será discutido em um papel futuro.)
Com base em dados destes dois lançamentos, os pesquisadores descobriram flutuações, mas eles tiveram que passar por um processo cuidadoso para identificar e remover fontes locais, tais como o instrumento, bem como as emissões do sistema solar, estrelas, luz das estrelas espalhadas no Milky Way, e as galáxias conhecidas. O que é deixado para trás é um padrão manchado representando flutuações no fundo da luz infravermelha remanescente. Comparando dados de vários lançamentos de foguetes, eles viram o sinal idêntico. Esse sinal também é observado comparando imagens CIBER e Spitzer da mesma região do céu. Finalmente, a equipe mediu a cor das oscilações através da comparação dos resultados para as medições CIBER Spitzer em comprimentos de onda mais longos. O resultado é um espectro com uma cor azul muito, mais brilhante nas bandas CIBER.
"CIBER diz-nos um par de fatos principais," Zemcov explica. "As flutuações parecem ser muito brilhante para ser proveniente das primeiras galáxias. Você tem que queimar uma grande quantidade de hidrogênio em hélio para obter essa quantidade de luz, então você tem que esconder a evidência, porque não vemos elementos pesados suficientes feita pela nucleossíntese estelar "-o processo, que ocorre dentro de estrelas, pelo qual os elementos mais pesados são criados a partir da fusão de ones- mais leve", o que significa que esses elementos teriam que desaparecem em buracos negros ".
"A cor é também muito azul", diz ele. "As primeiras galáxias deve aparecer mais vermelho, devido à sua luz ser absorvida pelo hidrogênio, e não vemos nenhuma evidência para tal característica de absorção".
Em suma, Zemcov diz, "embora nós projetamos nossa experiência de pesquisa para emissão de primeiras estrelas e galáxias, esta explicação não se encaixa nossos dados muito bem. A melhor interpretação é que nós estamos vendo a luz de estrelas fora das galáxias, mas no mesmos halos de matéria escura. As estrelas foram despojados de suas galáxias-mãe por interações gravitacionais-que sabemos acontece a partir de imagens de galáxias em interação e atirou-a a grandes distâncias. "
O modelo, Bock admite, "não é perfeito. Na verdade, a cor ainda não é completamente azul suficiente para coincidir com os dados. Mas, mesmo assim, o brilho das flutuações implica este sinal é importante em um sentido cosmológico, como nós estão traçando uma grande quantidade de produção de luz cósmica ".
Experimentos futuros poderiam testar se estrelas errantes são de fato a fonte do brilho cósmico de infravermelho, dizem os pesquisadores. Se as estrelas foram atiradas para fora de suas galáxias-mãe, eles ainda devem estar localizados na mesma vizinhança. A equipe CIBER está trabalhando em melhores medições usando cores mais infravermelhos para saber como a remoção de estrelas aconteceu ao longo da história cósmica.
A imagem do artista NASA na parte superior da página mostra uma vista de um número de galáxias que sentam-se em enormes halos de estrelas. As estrelas estão muito distante de ser visto individualmente e em vez disso são vistos como uma luz difusa, de cor amarela nesta ilustração. O experimento foguete CIBER detectado este difusa infravermelho brilho de fundo no céu é igual à quantidade total de luz infravermelha proveniente de galáxias conhecidas.
O Galaxy diário via Kathy Svitil / Caltech
Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech
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