De afbeelding aan de linkerkant toont een deel van onze hemel, het Boötes-veld genaamd, in infrarood licht, terwijl de afbeelding aan de rechterkant een mysterieuze achtergrondgloedgloed laat zien die is vastgelegd door NASA's Spitzer-ruimtetelescoop in hetzelfde gebied van de hemel. / JPL-Caltech
Wat veroorzaakt de mysterieuze gloed van straling die door de hele hemel wordt gezien door infraroodtelescopen? Het antwoord kan liggen in een combinatie van concepten die relatief nieuw zijn op het gebied van astronomie, en ook enigszins controversieel. Rogue-sterren die uit sterrenstelsels zijn geschopt, kunnen zijn ingebed in halo's voor donkere materie waarvan is aangenomen dat ze sterrenstelsels omringen. Hoewel deze halo's voor donkere materie voorheen alleen indirect werden gedetecteerd door hun zwaartekrachteffecten te observeren, kunnen ze ook de bron zijn van de raadselachtige achtergrondgloed van straling.
"De infrarode achtergrondgloed in onze lucht is een groot mysterie geweest", zegt Asantha Cooray van de University of California in Irvine, hoofdauteur van het nieuwe onderzoek dat vandaag in het tijdschrift Nature is gepubliceerd. 'We hebben nieuw bewijs dat dit licht afkomstig is van de sterren die tussen sterrenstelsels blijven hangen. Individueel zijn de sterren te zwak om te worden gezien, maar we denken dat we hun collectieve gloed zien. ”
De collectieve gloed komt van het "interhalo" van halo's van donkere materie die het heelal doordringen, en kan de grote vraag beantwoorden waarom de hoeveelheid waargenomen licht groter is dan de hoeveelheid licht die wordt uitgezonden door bekende sterrenstelsels.
“Melkwegstelsels bestaan in halo's van donkere materie die veel groter zijn dan de sterrenstelsels; wanneer sterrenstelsels zich vormen en samenvoegen, wordt de halo voor donkere materie groter en zinken de sterren en het gas naar het midden van de halo, ”zei Edward L. (Ned) Wright van UCLA en een lid van het team dat de Spitzer-ruimtetelescoop gebruikte om zoek de bron van het infraroodlicht. "Wat we zeggen is dat één op de duizend sterren dat niet doet en in plaats daarvan wordt verspreid als donkere materie. Je kunt de donkere materie niet goed zien, maar we stellen voor dat er eigenlijk een paar sterren in zitten - slechts een tiende van 1 procent van het aantal sterren in het heldere deel van de melkweg. Een op de duizend sterren wordt uit het zichtbare sterrenstelsel gestript en wordt als de donkere materie verspreid. '
De halo voor donkere materie is niet helemaal donker, zei Wright. "Een kleine fractie, een tiende van een procent, van de sterren in het centrale sterrenstelsel is uitgespreid in de halo, en dit kan de fluctuaties veroorzaken die we zien."
In grote clusters van sterrenstelsels hebben astronomen veel hogere percentages intra-halolicht gevonden, wel 20 procent, zei Wright.
Voor deze studie gebruikten Cooray, Wright en collega's de Spitzer-ruimtetelescoop om een infraroodkaart te maken van een deel van de hemel in het sterrenbeeld Boötes. Het licht reist al 10 miljard jaar naar ons toe.
"Vermoedelijk komt dit licht in halo's overal in de lucht voor en is het nergens anders gemeten", zegt Wright, die ook hoofdonderzoeker is van NASA's Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) -missie.
'Als we de oorsprong van de infraroodachtergrond echt kunnen begrijpen, kunnen we ook begrijpen wanneer al het licht in het universum is geproduceerd en hoeveel er is geproduceerd', zei Wright. “De geschiedenis van alle lichtproductie in het universum is gecodeerd op deze achtergrond. We zeggen dat de fluctuaties kunnen worden veroorzaakt door de vage randen van sterrenstelsels die bestonden op het moment dat de meeste sterren werden gemaakt, ongeveer 10 miljard jaar geleden. "
Het licht verschijnt in een vlekkerig patroon in de Spitzer-afbeeldingen.
De nieuwe bevinding staat haaks op een studie die deze zomer uitkwam. Alexander "Sasha" Kashlinsky van NASA's Goddard Space Flight Center en zijn team keken met Spitzer naar hetzelfde stukje hemel en stelden het licht voor waardoor het ongewone patroon afkomstig was van de allereerste sterren en sterrenstelsels.
In de nieuwe studie keken Cooray en collega's naar gegevens uit een groter deel van de lucht, het Bootes-veld genaamd, dat een boog beslaat die gelijk is aan 50 volle aardemaanmannen. Deze waarnemingen waren niet zo gevoelig als die van de onderzoeken van de Kashlinsky-groep, maar op grotere schaal konden onderzoekers het patroon van het achtergrond-infraroodlicht beter analyseren.
"We hebben 250 uur lang met Spitzer naar het Bootes-veld gekeken", zei co-auteur Daniel Stern van NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië. "Het bestuderen van de zwakke infraroodachtergrond was een van de kerndoelen van ons onderzoek, en we hebben zorgvuldig ontworpen de observaties om direct de belangrijke, uitdagende vraag aan te pakken wat de achtergrondgloed veroorzaakt. ”
Het team concludeerde dat het lichtpatroon van de infraroodgloed niet in overeenstemming is met theorieën en computersimulaties van de eerste sterren en sterrenstelsels. Onderzoekers zeggen dat de gloed te helder is om uit de eerste sterrenstelsels te komen, waarvan wordt gedacht dat ze niet zo groot of talrijk waren als de sterrenstelsels die we tegenwoordig om ons heen zien. In plaats daarvan stellen de wetenschappers een nieuwe theorie voor om het vlekkerige licht te verklaren, gebaseerd op theorieën over 'intracluster' of 'intrahalo' sterrenlicht.
Het team zei dat er meer onderzoek nodig is om deze bevindingen te bevestigen, eraan toevoegend dat de James Webb-ruimtetelescoop zou moeten helpen.
"Het scherpe infrarode zicht van de James Webb-telescoop zal enkele van de vroegste sterren en sterrenstelsels direct kunnen zien, evenals de verdwaalde sterren die op de loer liggen tussen de buitenwijken van nabijgelegen sterrenstelsels", zegt Eric Smith, JWST's adjunct-programmamanager bij NASA Headquarters in Washington. "De mysterieuze objecten die het infrarood achtergrondlicht vormen, kunnen eindelijk worden belicht."
Bronnen: NASA, UCLA
