Quão escuro está o céu, e o que isso nos diz sobre o número de galáxias no universo visível? Os astrônomos podem estimar o número total de galáxias contando tudo o que é visível em um campo profundo do Hubble e, em seguida, multiplicando-os pela área total do céu. Mas outras galáxias são muito fracas e distantes para serem detectadas diretamente. No entanto, embora não possamos contá-los, sua luz impregna o espaço com um brilho fraco.

Para medir esse brilho, os satélites astronômicos precisam escapar do sistema solar interno e de sua poluição luminosa, causada pela luz solar refletida na poeira. Uma equipe de cientistas usou observações da missão New Horizons da NASA a Plutão e ao Cinturão de Kuiper para determinar o brilho desse fundo óptico cósmico. Seu resultado estabelece um limite superior para a abundância de desmaios, galáxias não resolvidas, mostrando que eles somam apenas centenas de bilhões, não 2 trilhões de galáxias como se acreditava anteriormente.

Quão escuro fica o espaço? Se você se afastar das luzes da cidade e olhar para cima, o céu entre as estrelas parece muito escuro. Acima da atmosfera da Terra, o espaço sideral escurece ainda mais, desbotando para um escuro como breu. E ainda assim, o espaço não é absolutamente negro. O universo tem um brilho fraco difuso de inúmeras estrelas e galáxias distantes.

Novas medições desse fraco brilho de fundo mostram que as galáxias invisíveis são menos abundantes do que alguns estudos teóricos sugeriram, numerando apenas centenas de bilhões, em vez dos dois trilhões de galáxias relatados anteriormente.

"É um número importante para saber - quantas galáxias existem?" disse Marc Postman, do Space Telescope Science Institute de Baltimore, Maryland, um dos principais autores do estudo. "Simplesmente não vemos a luz de dois trilhões de galáxias."

A estimativa anterior foi extrapolada de observações do céu muito profundo pelo telescópio espacial Hubble da NASA. Ele se baseou em modelos matemáticos para estimar quantas galáxias eram muito pequenas e fracas para o Hubble ver. Essa equipe concluiu que 90% das galáxias do universo estavam além da capacidade do Hubble de detectar na luz visível. As novas descobertas, que se baseou em medições da distante missão New Horizons da NASA, sugira um número muito mais modesto.

"Pegue todas as galáxias que o Hubble pode ver, o dobro desse número, e é isso que vemos, mas nada mais, "disse Tod Lauer do NOIRLab da NSF, um dos principais autores do estudo.

Esses resultados serão apresentados na quarta-feira, 13 de janeiro em uma reunião da American Astronomical Society, que está aberto a participantes registrados.

O fundo óptico cósmico que a equipe procurou medir é o equivalente em luz visível do fundo cósmico de micro-ondas mais conhecido - o fraco brilho residual do próprio big bang, antes que as estrelas existissem.

"Enquanto a radiação cósmica de fundo nos fala sobre os primeiros 450, 000 anos após o big bang, o fundo óptico cósmico nos diz algo sobre a soma total de todas as estrelas que já se formaram desde então, "explicou Postman." Isso restringe o número total de galáxias que foram criadas, e onde eles podem estar a tempo. "

Por mais poderoso que seja o Hubble, a equipe não poderia usá-lo para fazer essas observações. Embora localizado no espaço, O Hubble orbita a Terra e ainda sofre com a poluição luminosa. O sistema solar interno está cheio de minúsculas partículas de poeira de asteróides e cometas desintegrados. A luz do sol reflete nessas partículas, criando um brilho chamado luz zodiacal que pode ser observado até mesmo por observadores do céu no solo.

Para escapar da luz zodiacal, a equipe teve que usar um observatório que escapou do sistema solar interno. Felizmente, a nave espacial New Horizons, que entregou as imagens mais próximas de Plutão e do objeto Arrokoth do Cinturão de Kuiper, está longe o suficiente para fazer essas medições. À sua distância (mais de 4 bilhões de milhas de distância quando essas observações foram feitas), A New Horizons experimenta um céu ambiente 10 vezes mais escuro do que o céu mais escuro acessível ao Hubble.

"Esse tipo de medição é extremamente difícil. Muitas pessoas tentam fazer isso há muito tempo, "disse Lauer." A New Horizons nos forneceu um ponto de vantagem para medir o fundo óptico cósmico melhor do que qualquer um foi capaz de fazê-lo. "

A equipe analisou imagens existentes dos arquivos da New Horizons. Para destacar o brilho fraco do fundo, eles tiveram que corrigir uma série de outros fatores. Por exemplo, eles subtraíram a luz das galáxias que deveriam existir, que são muito fracas para serem identificáveis. A correção mais desafiadora foi remover a luz das estrelas da Via Láctea refletida na poeira interestelar para a câmera.

O sinal restante, embora extremamente fraco, ainda era mensurável. Postman comparou isso a viver em uma área remota, longe das luzes da cidade, deitado no seu quarto à noite com as cortinas abertas. Se um vizinho a um quilômetro e meio na estrada abrisse sua geladeira procurando um lanche da meia-noite, e a luz da geladeira refletida nas paredes do quarto, seria tão brilhante quanto o fundo detectado pela New Horizons.

Então, qual poderia ser a fonte desse brilho residual? É possível que uma abundância de galáxias anãs no universo relativamente próximo esteja além da detectabilidade. Ou os halos difusos de estrelas que circundam as galáxias podem ser mais brilhantes do que o esperado. Pode haver uma população de desonestos, estrelas intergalácticas se espalham por todo o cosmos. Talvez o mais intrigante, pode haver muitos mais tênues, galáxias distantes do que as teorias sugerem. This would mean that the smooth distribution of galaxy sizes measured to date rises steeply just beyond the faintest systems we can see—just as there are many more pebbles on a beach than rocks.

NASA's upcoming James Webb Space Telescope may be able to help solve the mystery. If faint, individual galaxies are the cause, then Webb ultra-deep field observations should be able to detect them.

This study is accepted for publication in The Astrophysical Journal .