Donker blijkt ook echt donker te zijn. Als je alle bestaande sterrenstelsels wegdenkt, blijft er namelijk alleen maar diepe duisternis over.
Als je ’s nachts naar de hemel kijkt, zie je naast talloze schitterende sterren vooral een diepe duisternis. Maar hoe donker is de ruimte eigenlijk? Het is een prangende vraag die astronomen al jaren bezighoudt. Maar dankzij het New Horizons-ruimtevaartuig, dat nu meer dan 7,3 miljard kilometer van de aarde verwijderd is, hebben onderzoekers nu misschien wel het antwoord op deze langlopende vraag gevonden. Op deze afstand is er namelijk geen lichtvervuiling van achtergrondstof in ons zonnestelsel. En dit betekent dat het ruimtevaartuig in staat was om de duisternis van de schijnbaar pikzwarte diepe ruimte te meten.
New Horizons
Ruimtesonde New Horizons is een in 2006 gelanceerde onbemande sonde die dwergplaneet Pluto en later planetoïde Arrokoth op een bezoekje trakteerde. Meer dan 18 jaar na de lancering en negen jaar na de baanbrekende verkenning van Pluto, bevindt New Horizons zich nu ver weg van alle prominente bronnen van lichtvervuiling, op miljarden kilometers afstand van de aarde. Het bevindt zich in een deel van het zonnestelsel dat zo ver van de zon ligt, dat het de donkerste hemel biedt die mogelijk is voor een telescoop. Dit unieke gezichtspunt stelt wetenschappers in staat om de meest nauwkeurige, directe metingen te verrichten van de totale hoeveelheid licht die het universum uitstraalt.
Eerdere metingen
Het is overigens niet voor het eerst dat onderzoekers dit proberen. Zo hebben onderzoekers al eerder met behulp van de ruimtetelescopen Hubble en James Webb het zogenoemde kosmische optische achtergrond (of de achtergrond van het ‘gewone’ of zichtbare licht) proberen te meten, om op die manier te zoeken naar licht dat mogelijk van andere bronnen dan de bekende stelsels komt. Het is echter bijzonder moeilijk om de totale lichtoutput van het universum te meten vanuit de aarde of het binnenste zonnestelsel. “Er zijn herhaaldelijk pogingen ondernomen om het direct te meten, maar in ons deel van het zonnestelsel is er simpelweg te veel zonlicht en weerkaatst interplanetaire stof,” legt onderzoeker Tod Lauer uit. “Dit zorgt voor een vervagende mist die het zwakke licht van het verre universum verdoezelt. Alle pogingen om de sterkte van het kosmische optische achtergrond vanuit het binnenste zonnestelsel te meten, kampen met aanzienlijke onzekerheden.”
Donker
En hier komt New Horizons in beeld. De vraag die de onderzoekers wilden beantwoorden, was simpel: “als je je hand in de diepe ruimte houdt, hoeveel licht zou het universum dan op je hand werpen?” Vraagt onderzoeksleider Mar Postman zich af. En de resultaten zijn interessant. Zo blijkt donker ook echt donker te zijn. “We hebben nu een duidelijker beeld van hoe donker de ruimte werkelijk is,” gaat Postman verder. “De bevindingen laten zien dat het meeste zichtbare licht dat we van het universum ontvangen, afkomstig is van sterrenstelsels. Daarnaast hebben we geen bewijs gevonden van aanzienlijke hoeveelheden licht van onbekende bronnen.”
Planck-missie
De onderzoekers maakten tevens gebruik van gegevens die in het verre infrarood waren verzameld door de Planck-missie van de Europese Ruimtevaartorganisatie. Ze gebruikten deze gegevens om het niveau van de verre infraroodstraling af te stemmen op het niveau van zichtbaar licht. Dit stelde hen in staat om nauwkeurig te berekenen en te corrigeren voor het licht van de Melkweg dat door stof werd verspreid in de beelden van de kosmische optische achtergrond. Deze techniek was niet beschikbaar tijdens een eerdere testobservatie in 2021 met New Horizons, waarbij ze de hoeveelheid door stof verspreid licht hadden onderschat en het overtollige licht van het universum zelf hadden overschat.
Testobservatie in 2021
In 2021 vonden onderzoekers mysterieus, onverklaarbaar licht, wat leidde tot speculaties over de aanwezigheid van onbekende dwergstelsels, de mogelijkheid dat halo’s rond sterrenstelsels helderder zijn dan gedacht, of het bestaan van veel meer zwakke, verre sterrenstelsels dan eerder werd aangenomen. Maar de nieuwste metingen hebben deze theorieën weerlegd. Nadat alle bekende lichtbronnen – zoals achtergrondsterren en licht verspreid door dunne stofwolken in de Melkweg – uit de gegevens waren gefilterd, bleek het overgebleven niveau van zichtbaar licht precies overeen te komen met de intensiteit van het licht dat door alle stelsels in de afgelopen 12,6 miljard jaar is geproduceerd. “De meest eenvoudige verklaring is dat de kosmische optische achtergrond volledig wordt veroorzaakt door sterrenstelsels,” concludeert Lauer. “Als we buiten deze stelsels kijken, vinden we alleen maar duisternis en verder niets.”
Stap voorwaarts
De bevindingen, gepubliceerd in het toonaangevende tijdschrift The Astrophysical Journal, lossen een mysterie op dat wetenschappers al sinds de jaren ’60 heeft beziggehouden. “Dit nieuwe onderzoek is een belangrijke stap voorwaarts in de fundamentele kosmologie,” benadrukt onderzoeker Alan Stern. “Dit kon echt alleen worden bereikt met een ruimtevaartuig dat zo ver weg is als New Horizons. En het laat zien dat de huidige verlengde missie veel verder gaat dan het oorspronkelijke doel. Wat begon als een missie om Pluto en Kuiper Belt-objecten van dichtbij te verkennen, levert nu belangrijke wetenschappelijke bijdragen die veel breder zijn dan aanvankelijk bedoeld.”
New Horizons is momenteel bezig met zijn tweede verlengde missie. In deze fase richt het zich op het vastleggen van beelden van verre objecten in de Kuiper Belt, het bestuderen van de uiterste heliosfeer van de zon en het doen van belangrijke astrofysische waarnemingen vanaf zijn unieke positie in de verste regionen van ons zonnestelsel.
