Эксперимент CIBER или как учёные обнаружили вторую половину Вселенной

Удивительные результаты суборбитального ракетного эксперимента CIBER выявили излишек излучения во Вселенной, который по своей интенсивности сравним с излучением всех галактик вместе взятых. Предполагается, что источником этого излучения являются одиночные звёзды, странствующие в межгалактическом пространстве.

Тайм-лапс фото пуска ракеты CIBER, стартовавшей в 2013 со стартовой площадки Валлопс, Вирджиния. Это был последний из 4-х полётов CIBER. Суборбитальные ракеты идеально подходят для быстрых астрономических наблюдений над земной атмосферой. На фото заметна работа первых трёх ступеней ракеты класса Black Brant XII. Права на изображение: T. Arai/University of Tokyo.

Открытие изменяет представление учёных о галактиках — вместо концепции ограниченных разделённых звёздных морей, может статься, что их стоит рассматривать, как единый океан, в котором галактики, простираются на много большие расстояния, соединяясь между собой и образуя одно целое. 

Эксперимент CIBER (Cosmic Infrared Background Experiment) может решить проблему происхождения фонового инфракрасного излучения, которое было обнаружено космическим телескопом Spitzer. До сих пор неясно, являются ли его источником отдельные звёзды в межгалактическом пространстве, которые находятся слишком далеко, чтобы быть замеченными напрямую, или же первые галактики Вселенной.

В 2007 году исследователи, используя данные эксперимент BLAST (Balloon-borne Large Aperture Submillimeter Telescope) и орбитального телескопа Spitzer, предположили, что за космическое фоновое инфракрасное излучение ответственны газопылевые облака, окружающие молодые галактики. Причём 70% всего излучения приходилось на галактики, расположенные не ближе 9 миллиардов световых лет от Земли. Активный процесс звёздообразования идущий в них нагревает межгалактический газ и пыль до температуры около 30 К, что и служит причиной излучения.

Последняя работа учёных на эту тему, основанная на данных CIBER, предполагает, что за существенную часть этого излучения отвечают отдельные, одиноко странствующие звёзды. Ведущий автор исследования, вышедшего в свет 7 ноября в журнале Science, Михаил Земцов (Michael Zemcov) отмечает: «Мы думаем, что звёзды вылетают в межгалактическое пространство во время столкновения галактик. Последние данные подтверждают, что подобные выбросы, вызванные приливными силами, происходят повсеместно».

Оптические инструменты CIBER. Сверху на снимке расположены две около инфракрасные камеры, снизу расположились два спектрометра, в правом нижнем углу — спектрометр Фраунгофера. Фото: Jamie Bock/Caltech.

Используя маленькие беспилотные суборбитальные ракеты, идеально подходящие для кратковременных экспериментов типа CIBER, учёные получили изображения инфракрасного излучения с двумя разными длинами волн, короче чем в предыдущих экспериментах. Из-за того, что наша атмосфера тоже имеет значительное свечение в этом диапазоне, измерения должны выполняться вне атмосферы. Во время полёта ракеты по баллистической траектории, камеры делали фотографии в течение 7 минут, затем отправляли данные на Землю, где учёные отфильтровывали излучения от ярких звёзд, галактик и любых других точечных источников, в том числе и излучение самого Млечного пути. В итоге, у исследователей получается карта распределения флуктуаций космического инфракрасного фонового излучения, с отдельными ядрами, размеры которых больше отдельных галактик. Яркость этих флуктуаций позволяет оценить общую интенсивность фонового излучения.

Обработка входных данных учёными CIBER. При переходе на второй этап, убираются шумы от всех звёзд и галактик. При переходе на третий, излучение “размазывается”, дабы можно было заметить крупномасштабные структуры. Полученный размазанный фон не исходит ни от одной известной звезды или галактики. Исследователи уверены, что он приходит от звёзд, находящихся в межгалактическом пространстве. Права на изображение: NASA/JPL.

На удивление команды CIBER, карта раскрыла значительный излишек света в межгалактическом пространстве, сравнимый с излучением всех галактик вместе взятых. Это неожиданное свечение имело более голубой спектр, что означает, что его яркость повышалась с уменьшением длины волны. Это говорит о том, что свет приходит от отдельных, ранее неучтённых, популяций звёзд, находящихся в межгалактическом пространстве, т. к. спектр излучения далёких галактик был бы намного сильнее смещён в более красную область спектра.

Изображения, полученные экспериментом CIBER, охватывают большие участки космоса, представляя инфракрасное излучение, исходящее от них, на разной длине волны (1.1 мк и 1.6 мк). Это уже обработанные фотографии, на которых отфильтрованы шумы от всех известных галактик и применён алгоритм сглаживания, который обнажает крупномасштабную структуру. На обоих фото видны одинаковые паттерны, доказывающие факт, что излучение пришло от одинаковых источников. Права на изображение: NASA/JPL-Caltech.

Разъяснения Джеймса Бока (James Bock), главного исследователя эксперимента CIBER: «Излучение слишком яркое и слишком смещено в голубую сторону спектра, чтобы его источником могли быть галактики первого поколения. Самым простым и логичным предположением, которое лучше всего объясняет измерения, будет то, что источником этого свечения являются звёзды, оторванные от своих галактик, чьё суммарное излучение интенсивностью превышает излучение всех галактик, вместе взятых».

Будущие эксперименты смогут проверить эту гипотезу. Тем временем команда CIBER работает над более детальным анализом фонового инфракрасного излучения, чтобы выяснить вопрос о том, как на протяжении истории Вселенной происходило отделение звёзд от своих галактик.

Обработанная фотография показывает возможную картину галактик погружённых в невидимое звёздное гало. Результаты эксперимента CIBER говорят о том, что общее излучение этих звёзд сравнимо с излучением от всех галактик, вместе взятых. Права на изображение: NASA/JPL-Caltech.

Источник: geektimes.ru