Bilden till vänster visar en del av vår himmel, kallad Boötes-fältet, i infrarött ljus, medan bilden till höger visar en mystisk, infraröd bakgrundsglöd som fångats av NASA: s Spitzer Space Telescope i samma himmelregion. Kredit: NASA / JPL-Caltech
Vad orsakar den mystiska strålningen av strålning sett över hela himlen av infraröda teleskop? Svaret kan ligga i en kombination av begrepp som är relativt nya inom astronomifältet och också är lite kontroversiella. Rogue stjärnor som har sparkats ut från galaxer kan vara inbäddade i halo av mörk materia som har teoretiserats för att omge galaxer. Medan dessa mörka ämnen glosor tidigare har upptäckts indirekt genom att observera deras gravitationseffekter, kan de också hålla källan till den gåtfulla bakgrundsglödningen av strålning.
"Den infraröda bakgrundens glöd på vår himmel har varit ett enormt mysterium," sade Asantha Cooray från University of California i Irvine, huvudförfattare till den nya forskningen som publicerades idag i tidskriften Nature. ”Vi har nya bevis för att detta ljus kommer från stjärnorna som kvarstår mellan galaxer. Enskilt är stjärnorna för svaga för att bli sett, men vi tror att vi ser deras kollektiva glöd. ”
Den kollektiva glöd är från "interhalo" av mörka ämnen-glorier som genomsyrar universum och kan besvara den stora frågan varför ljusmängden som observeras överstiger mängden ljus som släpps ut från kända galaxer.
”Galaxer finns i halo av mörk materia som är mycket större än galaxerna; när galaxer formas och smälter samman, blir den mörka materiehalogen större och stjärnorna och gasen sjunker till mitten av halo, ”sa Edward L. (Ned) Wright från UCLA och en medlem av teamet som använde Spitzer Space Telescope för att söka efter källan till det infraröda ljuset. "Det vi säger är en stjärna i tusen gör inte det utan istället distribueras som mörk materia. Du kan inte se den mörka saken väldigt bra, men vi föreslår att den faktiskt har några stjärnor i sig - bara en tiondel av 1 procent av antalet stjärnor i den ljusa delen av galaxen. En stjärna i tusen avrivs ur den synliga galaxen och distribueras som den mörka materien. ”
Dark Halo är inte helt mörk, sa Wright. "En liten bråkdel, en tiondel av en procent av stjärnorna i den centrala galaxen har spridits ut i halo, och det kan ge svängningarna som vi ser."
I stora kluster av galaxer har astronomer funnit mycket högre procentandelar av halo-ljus, så stora som 20 procent, sade Wright.
För denna studie använde Cooray, Wright och kollegor Spitzer Space Telescope för att producera en infraröd karta över en himmelregion i stjärnbilden Boötes. Ljuset har färdats till oss i 10 miljarder år.
"Antagligen uppstår detta ljus i glorier överallt på himlen och har bara inte mäts någon annanstans," sa Wright, som också är huvudutredare för NASA: s Wide-Infrared Survey Explorer (WISE) uppdrag.
"Om vi verkligen kan förstå ursprunget till den infraröda bakgrunden, kan vi förstå när allt ljus i universum producerades och hur mycket som producerades," sa Wright. ”Historien om all produktion av ljus i universum är kodad i denna bakgrund. Vi säger att fluktuationerna kan framställas av de otydliga kanterna på galaxer som fanns samtidigt som de flesta stjärnorna skapades, för cirka 10 miljarder år sedan. "
Ljuset visas på ett fläckigt mönster i Spitzer-bilderna.
Den nya upptäckten är i strid med en studie som kom ut i sommar. Alexander “Sasha” Kashlinsky från NASA: s Goddard Space Flight Center och hans team tittade på samma himmel med Spitzer och föreslog att ljuset skulle göra det ovanliga mönstret från de allra första stjärnorna och galaxerna.
I den nya studien tittade Cooray och kollegor på data från en större del av himlen, kallad Bootes-fältet, som täcker en båge motsvarande 50 månar på hela jorden. Dessa observationer var inte lika känsliga som de från Kashlinsky-gruppens studier, men i större skala tillät forskare att bättre analysera mönstret för bakgrundens infraröda ljus.
"Vi tittade på Bootes-fältet med Spitzer i 250 timmar," sa medförfattare Daniel Stern från NASA: s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Calif. "Att studera den svaga infraröda bakgrunden var ett av huvudmålen i vår undersökning, och vi designade noggrant observationerna för att direkt ta itu med den viktiga, utmanande frågan om vad som orsakar bakgrundens glöd. ”
Teamet drog slutsatsen att det ljusa mönstret för det infraröda glödet inte överensstämmer med teorier och datasimuleringar av de första stjärnorna och galaxerna. Forskare säger att glödet är för ljust för att vara från de första galaxerna, som tros inte ha varit lika stora eller så många som galaxerna vi ser runt oss idag. Istället föreslår forskarna en ny teori för att förklara det fläckiga ljuset, baserat på teorier om "intracluster" eller "intrahalo" -stjärnbelysning.
Teamet sa att mer forskning behövs för att bekräfta dessa resultat, och tilllade att James Webb rymdteleskopet skulle hjälpa.
"Den angelägna infraröda visionen om James Webb-teleskopet kommer att kunna se några av de tidigaste stjärnorna och galaxerna direkt, liksom de härliga stjärnorna som lurar mellan utkanten av närliggande galaxer," sade Eric Smith, JWST: s vice programchef på NASA: s huvudkontor i Washington. "Mystiska föremål som utgör det infraröda ljuset i bakgrunden kan äntligen exponeras."
Källor: NASA, UCLA
