Das Bild links zeigt einen Teil unseres Himmels, das sogenannte Boötes-Feld, in Infrarotlicht, während das Bild rechts ein mysteriöses Hintergrundinfrarotlicht zeigt, das vom Spitzer-Weltraumteleskop der NASA in derselben Himmelsregion aufgenommen wurde.Bildnachweis: NASA /JPL-Caltech
Was verursacht das mysteriöse Leuchten der Strahlung, das von Infrarotteleskopen über den gesamten Himmel gesehen wird? Die Antwort könnte in einer Kombination von Konzepten liegen, die für die Astronomie relativ neu und auch etwas umstritten sind. Schurkensterne, die aus Galaxien geworfen wurden, könnten in Halos aus Dunkler Materie eingebettet sein, von denen angenommen wurde, dass sie Galaxien umgeben. Während diese Halos aus Dunkler Materie bisher nur indirekt durch Beobachtung ihrer Gravitationseffekte entdeckt wurden, könnten sie auch die Quelle des rätselhaften Hintergrundglühens der Strahlung enthalten.
„Das infrarote Hintergrundglühen unseres Himmels war ein großes Rätsel“, sagte Asantha Cooray von der University of California in Irvine, Hauptautorin der neuen Studie, die heute in der veröffentlicht wurde Zeitschrift Natur. „Wir haben neue Beweise, dass dieses Licht von den Sternen stammt, die zwischen den Galaxien verweilen. Einzeln sind die Sterne zu schwach, um gesehen zu werden, aber wir glauben, dass wir ihr kollektives Leuchten sehen.“
Das kollektive Leuchten stammt aus dem „Interhalo“ von Halos aus dunkler Materie, die das Universum durchdringen, und könnte die große Frage beantworten, warum die beobachtete Lichtmenge die von bekannten Galaxien emittierte Lichtmenge übersteigt.
„Galaxien existieren in Halos aus dunkler Materie, die viel größer sind als die Galaxien; Wenn sich Galaxien bilden und verschmelzen, wird der Halo der Dunklen Materie größer und die Sterne und das Gas sinken in die Mitte des Halos“, sagte Edward L. (Ned) Wright von der UCLA und ein Mitglied des Teams, das das Spitzer-Weltraumteleskop verwendet hat, um Suchen Sie nach der Quelle des Infrarotlichts. „Was wir sagen, ist, dass ein Stern von tausend dies nicht tut und stattdessen wie dunkle Materie verteilt wird. Sie können die dunkle Materie nicht sehr gut sehen, aber wir schlagen vor, dass sie tatsächlich ein paar Sterne enthält – nur ein Zehntel von 1 Prozent der Anzahl der Sterne im hellen Teil der Galaxie. Jeder tausend Stern wird aus der sichtbaren Galaxie entfernt und wie die dunkle Materie verteilt.“
Der Halo aus dunkler Materie ist nicht ganz dunkel, sagte Wright. „Ein winziger Bruchteil, ein Zehntel Prozent, der Sterne in der Zentralgalaxie ist in den Halo verstreut, und dies kann die Fluktuationen erzeugen, die wir sehen.“
In großen Galaxienhaufen haben Astronomen viel höhere Prozentsätze von Intra-Halo-Licht gefunden, bis zu 20 Prozent, sagte Wright.
Für diese Studie verwendeten Cooray, Wright und Kollegen das Spitzer-Weltraumteleskop, um eine Infrarotkarte einer Himmelsregion im Sternbild Boötes zu erstellen. Das Licht reist seit 10 Milliarden Jahren zu uns.
„Vermutlich kommt dieses Licht in Halos überall am Himmel vor und wurde einfach nirgendwo anders gemessen“, sagte Wright, der auch leitender Ermittler der Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE)-Mission der NASA ist.
„Wenn wir den Ursprung des infraroten Hintergrunds wirklich verstehen können, können wir verstehen, wann das gesamte Licht im Universum produziert wurde und wie viel davon produziert wurde“, sagte Wright. „In diesem Hintergrund ist die Geschichte der gesamten Lichtproduktion im Universum verschlüsselt. Wir sagen, dass die Fluktuationen durch die unscharfen Kanten von Galaxien erzeugt werden können, die zur gleichen Zeit existierten, als die meisten Sterne vor etwa 10 Milliarden Jahren entstanden sind.“
In den Spitzer-Bildern erscheint das Licht fleckig.
Die neue Erkenntnis steht im Widerspruch zu eine Studie, die diesen Sommer herauskam. Alexander „Sasha“ Kashlinsky vom Goddard Space Flight Center der NASA und sein Team betrachteten mit Spitzer denselben Himmelsfleck und schlugen vor, dass das Licht, das das ungewöhnliche Muster erzeugt, von den allerersten Sternen und Galaxien kommt.
In der neuen Studie untersuchten Cooray und Kollegen Daten von einem größeren Teil des Himmels, dem Bootes-Feld, das einen Bogen abdeckt, der 50 Erdvollmonden entspricht. Diese Beobachtungen waren nicht so empfindlich wie die aus den Studien der Kashlinsky-Gruppe, aber der größere Maßstab ermöglichte es den Forschern, das Muster des Infrarot-Hintergrundlichts besser zu analysieren.
„Wir haben uns mit Spitzer 250 Stunden lang das Bootes-Feld angesehen“, sagte Mitautor Daniel Stern vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien Beobachtungen, um direkt auf die wichtige und herausfordernde Frage einzugehen, was das Hintergrundglühen verursacht.“
Das Team kam zu dem Schluss, dass das Lichtmuster des Infrarotglühens nicht mit Theorien und Computersimulationen der ersten Sterne und Galaxien übereinstimmt. Forscher sagen, dass das Leuchten zu hell ist, um von den ersten Galaxien zu stammen, von denen angenommen wird, dass sie nicht so groß oder so zahlreich waren wie die Galaxien, die wir heute um uns herum sehen. Stattdessen schlagen die Wissenschaftler eine neue Theorie vor, um das fleckige Licht zu erklären, basierend auf Theorien des „Intracluster“- oder „Intrahalo“-Sternenlichts.
Das Team sagte, dass weitere Forschungen erforderlich sind, um diese Ergebnisse zu bestätigen, und fügte hinzu, dass das James Webb-Weltraumteleskop helfen sollte.
„Die scharfe Infrarotsicht des James Webb-Teleskops wird in der Lage sein, einige der frühesten Sterne und Galaxien direkt zu sehen, sowie die verirrten Sterne, die zwischen den Randgebieten naher Galaxien lauern“, sagte Eric Smith, stellvertretender Programmmanager des JWST im NASA-Hauptquartier in Washington. „Die mysteriösen Objekte, aus denen das Infrarot-Hintergrundlicht besteht, könnten endlich freigelegt werden.“