فضا چقدر تاریک است؟
بيگ بنگ/ اگر از چراغهاي شهر دور شويد و به بالا نگاه کنيد، آسمان ميان ستارهها، واقعاً تاريک است. در بالاي جو زمين، فضاي بيروني حتي تاريکتر و کمنورتر ميشود و به رنگ سياه فرو ميرود. و هنوز هم آنجا، فضا مطلقاً سياه نيست. جهان داراي بارقهاي ضعيف و مبهم از نور ستارگان ِ بيشمار و کهکشانهاست.
اندازهگيري جديد دانشمندان درخشش ضعيف زمينهاي را نشان ميدهد که تعداد “کهکشانهاي ديده نشده” کمتر از برخي مطالعات نظري است. به گفته محققان تنها صدها ميليارد کهکشان در جهان قابل مشاهده وجود دارد، نه دو تريليون کهکشان که قبلا گزارش شده است. “مارک پستمن” از موسسه علوم تلسکوپ فضايي در بالتيمور، مريلند، نويسنده اصلي اين تحقيق، گفت: «دانستن يک عدد مهم است – يعني چند کهکشان وجود دارد؟ ما نور دو تريليون کهکشان را نميبينيم.»
برآورد قبلي مشاهدات بسيار عميق آسمان توسط تلسکوپ فضايي هابل ناسا برونيابي شد. اين برآورد از مدلهاي رياضياتي استفاده کرد تا برآورد کند که چه تعداد از کهکشانها به حدي کوچک و ضعيف هستند که هابل قادر به رصد آنها نيست. اين تيم نتيجه گرفت که 90٪ از کهکشانهاي جهان فراتر از توانايي هابل براي تشخيص در نور مرئي هستند. يافتههاي جديد که به اندازهگيريهاي انجام شده توسط ماموريت نيوهورايزنز ناسا تکيه کردند، تعداد بسيار کمتري را نشان ميدهند که مطابق با دادههاي قديمي هابل است.
تاد لائر از NOIRLab ناسا، نويسنده اصلي مطالعه، گفت: «همهي کهکشانهايي که هابل ميتواند رصد کند را در نظر بگيريد و اين تعداد را دو برابر کنيد؛ اين همان چيزي است که ما ميبينيم – نه بيشتر». اين نتايج در روز چهارشنبه، 13 ژانويه، در دويست و سي و هفتمين نشست انجمن نجوم آمريکا، که براي شرکتکنندگانِ ثبت نام شده آزاد است، ارائه شد. پسزمينهي نوري کيهاني که تيم به دنبال اندازهگيري آن بود، معادل نور مرئي شناختهشدهترين تابش مايکروويو کيهاني است.
“پستمن” توضيح داد: «در حالي که پسزمينهي مايکروويو کيهاني دربارۀ 450 هزار سال اول پس از بيگ بنگ به ما اطلاعات ميدهد، پسزمينهي نوري کيهاني چيزي در مورد مجموع کل ستارههايي که از آن زمان تاکنون تشکيل شدهاند، به ما اطلاعات ميدهد. اين محدوديت در تعداد کهکشانهاي ايجاد شده و موقعيت آنها در زمان است».
درست است که تلسکوپ هابل قدرتمند است، اما نميتوان از آن براي انجام اين مشاهدات استفاده کرد. هابل اگرچه در فضا قرار دارد، اما به دور زمين ميچرخد و هنوز هم دچار آلودگي نوري است. منظومه شمسي داخلي نيز پر از ذرات ريز غبار ناشي از سيارکها و دنبالهدارهاي متلاشي شده، است. نور خورشيد آن ذرات را منعکس ميکند و درخششي به نام نور زودياک ايجاد ميکند که حتي توسط ناظران آسماني روي زمين قابلمشاهده است.
براي فرار از نور زودياک، تيم مجبور شد از رصدخانهاي استفاده کند که از منظومه شمسي داخلي فرار کرده است. خوشبختانه، فضاپيماي نيوهورايزنز که نزديکترين تصاوير از پلوتو و جسم کمربند کويپر به نام آروکات را ارائه داده است، براي انجام اين اندازهگيريها به ميزان کافي فاصله گرفته است. نيوهورايزنز در اين فاصله (بيش از 6 ميليارد کيلومتر دورتر از زمين هنگام انجام اين مشاهدات) آسمان محيطي را 10 برابر تاريکتر از آسمان قابلدسترسي براي هابل تجربه ميکند.
لائر گفت: «اين نوع اندازهگيريها بسيار دشوار است. افراد زيادي براي مدت طولاني سعي در انجام اين کار داشتهاند. نيوهورايزنز يک نقطه برتري براي اندازهگيري پسزمينهي نوري کيهاني در اختيار ما قرار داده است تا بهتر از هر زماني بتوانيم آن را رصد کنيم».
اين تيم تصاوير موجود را از بايگاني نيوهورايزنز مورد تجزيه و تحليل قرار داد. براي تحريک تابش پسزمينهي ضعيف، محققان مجبور به اصلاح تعدادي از عوامل ديگر شدند. مثلأ، نور کهکشاني را که انتظار ميرفت وجود داشته باشد و به حدي کمرنگ است که ديده نميشود را کسر کردند. چالشبرانگيزترين تصحيح، از بين بردن نور ستارههاي کهشکان راه شيري بود که از غبار ميان ستارهاي و به داخل دوربين منعکس ميشد.
سيگنال باقيمانده، اگرچه بسيار ضعيف بود، اما هنوز قابلاندازهگيري بود. “پستمن” آن را با زندگي در يک منطقهي دورافتاده و دور از چراغهاي شهر مقايسه ميکند، يعني در هنگام شب در اتاق خواب خود دراز کشيدهايد و پردههاي پنجرهتان کنار زده شده است. اگر همسايهاي با فاصلهي يک کيلومتر از جاده، يخچال خود را باز کند تا يک ميانوعدۀ نيمهشب پيدا کند و نور يخچال آنها از ديوارهاي اتاق خواب منعکس شود، به همان اندازهي پسزمينهاي که نيوهورايزنز تشخيص داد، روشن خواهد بود.
بنابراين، منبع اين تابشِ باقيمانده چه چيزي ميتواند باشد؟ ممکن است که تعداد زيادي کهکشان کوتوله در جهان نسبتاً نزديک وجود داشته باشند که قابلتشخيص نباشند. يا ممکن است هالههاي پراکندهي ستارهاي که کهکشانها را احاطه کردهاند از آنچه انتظار ميرود درخشانتر باشند. ممکن است جمعيتي از ستارگان سرکش و بين کهکشاني در سراسر کيهان پخش شده باشند. شايد جالبترين احتمال اين باشد که ممکن است کهکشانهاي کمنور و دورتر از آنچه که نظريهها پيشنهاد ميکنند، وجود داشته باشند.
اين بدان معناست که توزيع يکنواخت اندازهي کهکشانها که تا به امروز اندازهگيري شده، در واقع فراتر از کمنورترين سامانههايي که ميتوانيم مشاهده کنيم افزايش مييابد – همانطور که در ساحل تعداد سنگريزهها بيشتر از سنگها است. تلسکوپ فضايي جيمز وب ناسا احتمالا ميتواند به حل اين معما کمک کند. اگر کهکشانهاي کمنور علت اين پديده باشند، بنابراين مشاهدات ميداني فوقالعاده عميق بايد بتوانند آنها را تشخيص دهد. اين مطالعه جهت چاپ در مجلهي Astrophysical پذيرفته شده است.
منبع: NASA