La lumière des étoiles en arrière-plan de l’univers est deux fois plus brillante que prévu

Même lorsque vous supprimez les étoiles brillantes, la poussière incandescente et les autres points lumineux à proximité du ciel sombre et d’encre, une lueur d’arrière-plan reste. Cette lueur provient de la mer cosmique de galaxies lointaines, des premières étoiles qui ont brûlé, du gaz coalescent lointain – et, semble-t-il, d’autre chose dans le mélange qui échappe aux chercheurs.

Les astronomes ont estimé la quantité de lumière visible pénétrant dans le cosmos en entraînant le vaisseau spatial New Horizons, qui a survolé Pluton en 2015, à un endroit du ciel dépourvu d’étoiles et de galaxies proches (SN : 15/12/15). Cette estimation devrait correspondre aux mesures de la quantité totale de lumière provenant des galaxies à travers l’histoire de l’univers. Mais ce n’est pas le cas, rapportent des chercheurs dans le 1er mars Lettres du journal astrophysique.

“Il s’avère que les galaxies que nous connaissons peuvent représenter environ la moitié du niveau que nous voyons”, explique Tod Lauer, astronome au NOIRLab de la National Science Foundation à Tucson, en Arizona.

Pendant des décennies, les astronomes ont mesuré la lumière de fond extragalactique dans différentes longueurs d’onde, des ondes radio aux rayons gamma (SN : 23/08/13 ; SN : 29/11/18). Cela fournit un recensement de l’univers et donne aux chercheurs des indices sur les processus qui émettent ces types de lumière.

Mais la lumière visible de fond – surnommée le fond optique cosmique, ou COB – est difficile à mesurer à partir du système solaire interne. Ici, beaucoup de poussière interplanétaire disperse la lumière du soleil, emportant le COB beaucoup plus faible. Le vaisseau spatial New Horizons visitant Pluton, cependant, est suffisamment éloigné du soleil pour que la lumière du soleil dispersée n’inonde pas les images du vaisseau spatial.

La diffusion de la lumière du soleil sur la poussière près de la Terre donne une belle photographie (vue ici depuis l’observatoire de La Silla au Chili sous forme de colonne de lumière), mais elle entrave les observations du faible fond cosmique.Y. Beletsky / ESO

Ainsi, en septembre 2021, Lauer et ses collègues ont pointé la caméra LORRI du vaisseau spatial vers un morceau de ciel et ont pris un tas de photos. Ils ont numériquement supprimé toutes les sources de lumière connues – étoiles individuelles, galaxies proches, même la chaleur de la source d’énergie nucléaire du vaisseau spatial (SN : 18/02/16) – et mesuré ce qui restait pour estimer le COB.

Ensuite, ils ont utilisé de grandes archives d’observations de galaxies, comme celles du télescope spatial Hubble, pour calculer la lumière émise par toutes les galaxies de l’univers. Le COB mesuré est environ deux fois plus brillant que ce calcul.

Alors que le groupe de Lauer avait précédemment noté un écart, cette nouvelle mesure révèle une différence plus large et avec une incertitude moindre. “Il y a clairement une anomalie. Maintenant, nous devons essayer de le comprendre et de l’expliquer », explique le co-auteur Marc Postman, astronome au Space Telescope Science Institute de Baltimore, dans le Maryland.

Plusieurs raisons astronomiques pourraient expliquer cet écart. Peut-être, dit Postman, que des étoiles voyous dépouillées des galaxies persistent dans l’espace intergalactique. Ou peut-être, dit-il, il y a “une très faible population de galaxies très compactes qui sont juste en dessous des limites de détection de Hubble”. Si c’est le dernier cas, les astronomes devraient le savoir dans les deux prochaines années, car le télescope spatial James Webb récemment lancé par la NASA verra ces galaxies encore plus faibles (SN : 06/10/21).

Une autre possibilité est que les chercheurs aient manqué quelque chose dans leur analyse. «Je suis content que cela ait été fait; c’est une mesure absolument nécessaire », explique l’astrophysicien Michael Zemcov du Rochester Institute of Technology à New York qui n’a pas participé à cette étude. Peut-être qu’ils manquent une lueur supplémentaire du vaisseau spatial New Horizons et de son instrument LORRI, ou qu’ils n’ont pas pris en compte une lumière de premier plan supplémentaire. “Je pense qu’il y a une conversation là-bas sur les détails.”

La lumière qui se reflète sur la poussière de la Voie lactée, par exemple, est “une bête très subtile”, dit Zemcov, “et nos incertitudes seront probablement dominées par elle à un moment donné, simplement parce qu’elle n’est pas très bien comprise”. Plusieurs projets au cours des prochaines années, tels que l’expérience CIBER-2 et la mission spatiale SPHEREx, pourraient aider les astronomes à comprendre cette lumière dispersée par la poussière, a déclaré Zemcov.

De plus, lui et le membre de son groupe de recherche, l’astrophysicienne Teresa Symons, examinent des centaines d’anciennes images LORRI du ciel sombre et effectuent leurs propres analyses. Pendant ce temps, Lauer et ses collègues prendront plus de photos d’autres parcelles de ciel avec LORRI pour renforcer leur confiance dans la mesure de la lumière de fond et pour mieux comprendre les intrusions du vaisseau spatial lui-même.

“Il se passe quelque chose auquel nous ne nous attendions pas”, dit Zemcov, “c’est là que la partie amusante de la science entre en jeu.”

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