美國國家航空暨太空總署（NASA）的”新視野”號太空船提供了來自太陽系邊緣附近的突破性數據，揭示了宇宙光學背景–自宇宙大爆炸以來數十億星系留下的微弱光芒。這項研究細緻地減去了宇宙塵埃和其他來源的干擾，證實了徘徊的光線與星系形成的理論預期一致，在不排除潛在異常的情況下，增強了我們對宇宙演化的理解。

美國國家航空暨太空總署（NASA）的”新視野”號太空船在深空背景下的藝術印象。新視野號距離地球超過54 億英里（約73 億公里），它正在穿越太陽系的一個區域，這個區域遠離太陽，為任何現有望遠鏡提供了最黑暗的天空，也為測量遙遠宇宙的整體亮度提供了一個獨特的有利位置。背景是我們的銀河系。圖片來源：NASA、APL、SwRI、Serge Brunier（ESO）、Marc Postman（STScI）、Dan Durda

科學家來到了太陽系的邊緣，至少在實際上，捕捉了迄今為止對瀰漫宇宙的微弱光輝–一種被稱為宇宙光學背景的現象–最精確的測量結果。

這項新研究利用了美國國家航空暨太空總署（NASA）”新視野”號太空船的觀測資料。 “新視野”號太空船於2015年飛越冥王星，目前距離地球近55億英里。這項研究於8月28日發表在《天文物理學報》（The Astrophysical Journal）上，旨在回答一個看似簡單的問題，共同作者、中大博爾德分校的天體物理學家邁克爾-舒爾（Michael Shull）說。

天體物理和行星科學系名譽教授舒爾問：”天空真的很黑嗎？”

在人類眼中，太空可能是漆黑一片，但科學家們相信，太空並非完全黑暗。自宇宙誕生以來，包含無數恆星的數萬億個星系形成並消亡，留下了難以察覺的微弱光線。可以把它想像成太空中的夜光。

舒爾和巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的馬克-波斯特曼領導的研究團隊計算了這種光的亮度。他們的研究結果表明，宇宙光學背景大約比到達地球表面的太陽光暗1000億倍–人類用肉眼根本無法看到。這些結果可以幫助科學家揭示宇宙大爆炸以來的歷史。

舒爾說：「我們有點像宇宙會計師，把宇宙中我們能解釋的所有光源加起來。”

新視野號測量宇宙光學背景的空間區域圖，以圓形和三角形標示。研究團隊將太空船的LORRI 儀器指向銀河系平面的上方和下方，沿著地圖的赤道，以避開銀河系的光線。圖片來源：Postman 等人，2024 年，《天文物理學期刊》

這種數字運算近50 年來一直吸引著科學家的想像。舒爾解釋說，經過幾十年的研究，天文物理學家認為他們對宇宙是如何演化的已經有了相當的了解。第一批星系形成於宇宙大爆炸後幾億年的”宇宙黎明期”。遙遠宇宙中的星系發出的星光在大約100 億年前達到了最亮的點，此後一直在變暗。宇宙光學背景的精確測量可以幫助科學家確認宇宙的這幅圖像是否有意義，或者是否有尚未發現的神秘物體向太空投射光線。

然而，進行這類測量並不容易，尤其是從地球上進行測量。地球附近充滿了微小的塵埃和其他碎片。太陽光從這些亂七八糟的東西上閃過，沖淡了任何可能來自宇宙光學背景的訊號。

舒爾說：「我的一個比喻是，如果你想看到星星，就必須離開丹佛。你必須走得遠遠的，就在科羅拉多州的東北角，你的前方只有南達科他州和內布拉斯加州加州。

而新視野號為科學家提供了一個千載難逢的機會，在太空中做類似的事情。

這項任務具有獨特的科羅拉多淵源。艾倫-斯特恩（Alan Stern）是中大博爾德分校的研究生，師從舒爾和前高級研究員傑克-布蘭特（Jack Brandt）。他目前在科羅拉多州博爾德的西南研究所工作。太空船還攜帶了學生塵埃計數器，這是由中大博爾德分校大氣與太空物理實驗室（LASP）的學生設計和製造的儀器。

在2023 年夏天的幾週時間裡，研究人員將新視野號的遠端偵察成像儀（LORRI）對準了大約二十多塊天空。

即使在太陽系的邊緣，研究團隊仍然要面對大量的額外光線。例如，銀河系位於一個光環之中，和我們的太陽系一樣，這個光環也會聚集塵埃。

“灰塵無所不在，”舒爾說。他和同事們估算了光環可能產生的光量，然後將其從他們用LORRI 觀測到的光量中減去。剔除額外的光源後，研究團隊只剩下宇宙光學背景。

從科學角度來說，這個背景輻射量約為每每平方公尺球面度11 納瓦。 （球面度是指天空中一塊寬度約為月球直徑130 倍的天區）。

舒爾說，這個數值與科學家認為自宇宙大爆炸以來應該形成的星系數量完全吻合。換句話說，太空中似乎沒有任何奇怪的物體，例如奇怪的粒子，會產生大量的光。但研究人員並不能完全排除這種異常現象。

研究小組的測量結果很可能是很長時間以來對宇宙光輝的最佳估計。新視野號”正在利用其剩餘的燃料補給進行其他優先科學任務，目前沒有其他任務正朝著太空中那些寒冷而黑暗的角落進發。如果他們在未來的任務中安裝一台相機，我們再等上幾十年，就能看到更精確的測量結果了。

編譯自/ ScitechDaily