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Hubble rileva un bagliore spettrale che circonda il nostro sistema solare

Hubble rileva un bagliore spettrale che circonda il nostro sistema solare

I L’illustrazione di questo artista mostra la posizione e le dimensioni di un’ipotetica nuvola di polvere che circonda il nostro sistema solare. Gli astronomi hanno cercato tra 200.000 immagini e effettuato decine di migliaia di misurazioni dal telescopio spaziale Hubble per scoprire un residuo bagliore di fondo nel cielo. Poiché il bagliore è distribuito in modo così uniforme, la probabile fonte sono innumerevoli comete: palle di neve polverose e di ghiaccio che volano libere. Cadono verso il Sole da tutte le diverse direzioni, vomitando uno scarico di polvere mentre i ghiacci sublimano a causa del calore del Sole. Se reale, questo sarebbe un elemento architettonico del sistema solare appena scoperto. Crediti: NASA, ESA, Andi James (STScI)

Immagina di entrare in una stanza di notte, spegnere tutte le luci e chiudere le tende. Eppure un bagliore inquietante proviene dalle pareti, dal soffitto e dal pavimento. La debole luce è appena sufficiente per vedere le tue mani davanti al tuo viso, ma persiste.

Sembra una scena di “Ghost Hunters?” No, per gli astronomi questo è il vero affare. Ma cercare qualcosa che sia vicino al nulla non è facile. Gli astronomi hanno cercato tra 200.000 immagini d’archivio dal telescopio spaziale Hubble e hanno effettuato decine di migliaia di misurazioni su queste immagini per cercare eventuali bagliori di fondo residui nel cielo.

Come spegnere le luci in una stanza, sottraevano la luce alle stelle, alle galassie, ai pianeti e alla luce zodiacale. Sorprendentemente, era rimasto un debole bagliore spettrale. È equivalente alla luce fissa di dieci lucciole sparse in tutto il cielo.

Da dove viene?

Una possibile spiegazione è che un guscio di polvere avvolge il nostro sistema solare fino a Plutone e riflette la luce solare. Vedere la polvere nell’aria catturata dai raggi del sole non è una sorpresa quando si pulisce la casa. Ma questo deve avere un’origine più esotica. Poiché il bagliore è così uniformemente distribuito, la fonte probabile sono innumerevoli comete: palle di neve polverose e di ghiaccio che volano libere.

Cadono verso il sole da tutte le direzioni diverse, vomitando uno scarico di polvere mentre i ghiacci sublimano a causa del calore del sole. Se reale, questo sarebbe un elemento architettonico del sistema solare appena scoperto. È rimasto invisibile fino a quando non sono arrivati ​​astronomi molto fantasiosi e curiosi e il potere di Hubble.

Proiezioni di area uguale di Aitoff in coordinate eclittiche di tutte le immagini ACS/WFC e WFC3/UVIS+IR con t exp ≥ 200 s che sono pubblicamente disponibili a partire dal 23 settembre 2019. Il piano galattico e il rigonfiamento sono rappresentati dalla banda grigio chiaro e l'equatore celeste è indicato dalla curva rosa (in alto a sinistra). SKYSURF misura la luminosità assoluta della superficie di tutto il cielo S(λ, t, l Ecl , b Ecl ) in 12 filtri principali a banda larga a ∼0,2–1,7 μm di lunghezza d'onda da 249.861 immagini di archivio HST in ∼1400 campi HST indipendenti. Credito: The Astronomical Journal (2022). DOI: 10.3847/1538-3881/ac82af

Proiezioni di area uguale di Aitoff in coordinate eclittiche di tutte le immagini ACS/WFC e WFC3/UVIS+IR con t exp ≥ 200 s che sono pubblicamente disponibili a partire dal 23 settembre 2019. Il piano galattico e il rigonfiamento sono rappresentati dalla banda grigio chiaro e l’equatore celeste è indicato dalla curva rosa (in alto a sinistra). SKYSURF misura la luminosità assoluta della superficie di tutto il cielo S(λ, t, l Ecl , b Ecl ) in 12 filtri principali a banda larga a ∼0,2–1,7 μm di lunghezza d’onda da 249.861 immagini di archivio HST in ∼1400 campi HST indipendenti. Credito: The Astronomical Journal (2022). DOI: 10.3847/1538-3881/ac82af

A parte un arazzo di stelle scintillanti e il bagliore della luna crescente e calante, il cielo notturno appare nero come l’inchiostro all’osservatore casuale. Ma quanto è buio il buio?

Per scoprirlo, gli astronomi hanno deciso di selezionare 200.000 immagini dal telescopio spaziale Hubble della NASA e hanno effettuato decine di migliaia di misurazioni su queste immagini per cercare qualsiasi bagliore di fondo residuo nel cielo, in un ambizioso progetto chiamato SKYSURF. Questa sarebbe qualsiasi luce residua dopo aver sottratto il bagliore da pianeti, stelle, galassie e dalla polvere nel piano del nostro sistema solare (chiamata luce zodiacale).

Quando i ricercatori hanno completato questo inventario, hanno trovato un eccesso di luce estremamente piccolo, equivalente al bagliore costante di 10 lucciole sparse in tutto il cielo. È come spegnere tutte le luci in una stanza chiusa e trovare ancora un bagliore inquietante proveniente dalle pareti, dal soffitto e dal pavimento.

I ricercatori affermano che una possibile spiegazione per questo bagliore residuo è che il nostro sistema solare interno contiene una tenue sfera di polvere proveniente da comete che stanno cadendo nel sistema solare da tutte le direzioni e che il bagliore è la luce del sole che si riflette su questa polvere. Se reale, questo guscio di polvere potrebbe essere una nuova aggiunta alla nota architettura del sistema solare.

Questa idea è rafforzata dal fatto che nel 2021 un altro team di astronomi ha utilizzato i dati della navicella spaziale New Horizons della NASA per misurare anche lo sfondo del cielo. New Horizons è volato da Plutone nel 2015 e da un piccolo oggetto della fascia di Kuiper nel 2018, e ora si sta dirigendo nello spazio interstellare. Le misurazioni di New Horizons sono state effettuate a una distanza compresa tra 4 miliardi e 5 miliardi di miglia dal sole. Questo è ben al di fuori del regno dei pianeti e degli asteroidi dove non c’è contaminazione da polvere interplanetaria.

New Horizons ha rilevato qualcosa di un po’ più debole che apparentemente proviene da una fonte più distante di quella rilevata da Hubble. Anche la fonte della luce di fondo vista da New Horizons rimane inspiegabile. Esistono numerose teorie che vanno dal decadimento della materia oscura a un’enorme popolazione invisibile di galassie remote.

Grafico tra magnitudo e raggio in penombra per le immagini originali e replicate di F606W. I punti neri sono gli oggetti originali e gli altri colori sono gli oggetti delle repliche XDF 2 ×, 3 × e 4 ×. Ogni colore successivo ha più marcatori trasparenti e ci sono più segni blu che verdi, più verdi che rossi e più rossi che neri. Questa cifra è stata modellata sulla Figura 3 in Windhorst et al. (2008) in modo che le caratteristiche potessero essere contrassegnate e confrontate. La banda rosa rappresenta il limite di confusione naturale con un range compreso tra 1/25 e 1/50 oggetti per raggio (vedi, ad esempio, Serjeant et al. 1997; Silva et al. 2005). La curva tratteggiata ciano rappresenta il limite di luminosità della superficie di 174,4k dei dati XDF F606W. La sua forma è stata modificata da Windhorst et al. (2008) poiché la curva ha il solo scopo di attirare l'attenzione sulla tendenza e sul taglio degli oggetti, dimostrando il tempo di esposizione e i limiti di risoluzione per osservare questi oggetti. La linea tratteggiata grigio scuro rappresenta il limite al di sotto del quale le sorgenti puntiformi con magnitudini più deboli non possono essere risolte, in quanto si confondono con la distribuzione del cielo. Tutte le curve sono state spostate in grandezza per tenere conto della mConversione da Vega a m AB . Questa figura dimostra che la confusione naturale (banda rosa) è un importante vincolo di completezza per i grandi oggetti luminosi che costituiscono la maggior parte dell'IGL (m AB ≲ 28,5 mag). Dimostra inoltre che i tre limiti principali sul campione HUDF originale rimangono gli stessi per i campioni replicati, convalidando i nostri metodi di replica, vale a dire il limite di rilevamento della sorgente puntiforme (linea tratteggiata grigia orizzontale), il limite di luminosità della superficie (linea tratteggiata ciano inclinata linea) e il limite di confusione naturale dovuto alla sovrapposizione statistica degli oggetti (banda rosa). Credito: The Astrophysical Journal Letters (2022). DOI: 10.3847/2041-8213/ac9cca

Grafico tra magnitudo e raggio in penombra per le immagini originali e replicate di F606W. I punti neri sono gli oggetti originali e gli altri colori sono gli oggetti delle repliche XDF 2 ×, 3 × e 4 ×. Ogni colore successivo ha più marcatori trasparenti e ci sono più segni blu che verdi, più verdi che rossi e più rossi che neri. Questa cifra è stata modellata sulla Figura 3 in Windhorst et al. (2008) in modo che le caratteristiche potessero essere contrassegnate e confrontate. La banda rosa rappresenta il limite di confusione naturale con un range compreso tra 1/25 e 1/50 oggetti per raggio (vedi, ad esempio, Serjeant et al. 1997; Silva et al. 2005). La curva tratteggiata ciano rappresenta il limite di luminosità della superficie di 174,4k dei dati XDF F606W. La sua forma è stata modificata da Windhorst et al. (2008) poiché la curva ha il solo scopo di attirare l’attenzione sulla tendenza e sul taglio degli oggetti, dimostrando il tempo di esposizione e i limiti di risoluzione per osservare questi oggetti. La linea tratteggiata grigio scuro rappresenta il limite al di sotto del quale le sorgenti puntiformi con magnitudini più deboli non possono essere risolte, in quanto si confondono con la distribuzione del cielo. Tutte le curve sono state spostate in grandezza per tenere conto della mConversione da Vega a m AB . Questa figura dimostra che la confusione naturale (banda rosa) è un importante vincolo di completezza per i grandi oggetti luminosi che costituiscono la maggior parte dell’IGL (m AB ≲ 28,5 mag). Dimostra inoltre che i tre limiti principali sul campione HUDF originale rimangono gli stessi per i campioni replicati, convalidando i nostri metodi di replica, vale a dire il limite di rilevamento della sorgente puntiforme (linea tratteggiata grigia orizzontale), il limite di luminosità della superficie (linea tratteggiata ciano inclinata linea) e il limite di confusione naturale dovuto alla sovrapposizione statistica degli oggetti (banda rosa). Credito: The Astrophysical Journal Letters (2022). DOI: 10.3847/2041-8213/ac9cca

“Se la nostra analisi è corretta, c’è un’altra componente di polvere tra noi e la distanza in cui New Horizons ha effettuato le misurazioni. Ciò significa che si tratta di una sorta di luce extra proveniente dall’interno del nostro sistema solare”, ha affermato Tim Carleton, dell’Arizona State University (ASU).

“Poiché la nostra misurazione della luce residua è superiore a New Horizons, pensiamo che sia un fenomeno locale che non è molto al di fuori del sistema solare. Potrebbe essere un nuovo elemento per i contenuti del sistema solare che è stato ipotizzato ma non misurato quantitativamente fino ad ora”, ha detto Carleton.

L’astronomo veterano di Hubble Rogier Windhorst, anch’egli dell’ASU, ebbe per primo l’idea di assemblare i dati di Hubble per andare alla ricerca di qualsiasi “luce fantasma”.

“Più del 95% dei fotoni nelle immagini dell’archivio di Hubble proviene da distanze inferiori a 3 miliardi di miglia dalla Terra. Sin dai primi giorni di Hubble, la maggior parte degli utenti di Hubble ha scartato questi fotoni del cielo, poiché sono interessati ai deboli oggetti discreti nelle immagini di Hubble come stelle e galassie”, ha detto Windhorst. “Ma questi fotoni del cielo contengono informazioni importanti che possono essere estratte grazie alla capacità unica di Hubble di misurare i deboli livelli di luminosità con alta precisione durante i suoi tre decenni di vita”.

Un certo numero di studenti laureati e universitari hanno contribuito al progetto SKYSURF, tra cui Rosalia O’Brien, Delondrae Carter e Darby Kramer all’ASU, Scott Tompkins all’Università dell’Australia occidentale, Sarah Caddy alla Macquarie University in Australia e molti altri.

I documenti di ricerca del team sono pubblicati su The Astronomical Journal e The Astrophysical Journal Letters .