Wie dunkel ist das Weltall?

Diffuses Leuchten: Der Kosmos könnte dunkler und galaxienärmer sein als bislang gedacht. Darauf deuten Messungen des optischen Hintergrundleuchtens mit der Raumsonde New Horizons hin. Weil sie jenseits des Pluto ihren Bahn zieht, kann sie den Himmel ohne Lichtverschmutzung beobachten. Ihren Messungen nach ist das All zehnmal dunkler als angenommen. Statt rund zwei Billionen Galaxien könnte das Universum demnach nur einige hundert Milliarden Galaxien umfassen.

Auch wenn uns der Nachthimmel dunkel erscheint, ist der Kosmos von einem schwachen, diffusen Licht erfüllt. Dieses optische Hintergrundleuchten ist das, was übrigbleibt, wenn die punktförmigen Lichtquellen der Sterne, Galaxien und anderer kosmischer Objekte ausgeblendet werden. Der extrem schwache, gleichmäßige Teppich aus Photonen besteht aus gestreutem Licht, das unter anderem von fernen, außer der Reichweite selbst der besten Teleskope liegenden Galaxien ausgeht.

Lichtverschmutzung auch im All

Damit liefert das optische Hintergrundlicht wertvolle Informationen darüber, wie viele Galaxien es im Kosmos insgesamt geben könnte, und auch, welche Lichtquellen es in der fernen, frühen Anfangszeit gab. „Während der kosmische Mikrowellenhintergrund uns verrät, wie der Kosmos 380.000 Jahre nach dem Urknall aussah, verrät uns die optische Hintergrundstrahlung etwas über die Zahl der Sterne, die sich seit damals gebildet haben und wann dies geschah“, erklärt Erstautor Marc Postman vom Space Telescope Science Institute in Baltimore.

Das Problem jedoch: Um dieses schwache Hintergrundleuchten zu messen, muss man möglichst jede Lichtverschmutzung durch die Sonne, die reflektierenden Staubteilchen des inneren Sonnensystems oder andere Störeffekte vermeiden. Selbst das Weltraumteleskop Hubble ist diesen Störeffekten noch ausgesetzt, so dass es für Astronomen schwer ist, den Anteil des Hintergrundleuchtens aus seinen Deep-Field-Aufnahmen herauszurechnen.

Zehnmal dunkler als mit Hubble gemessen

Doch es gibt einen Außenposten im All, der diese Messung so ungestört durchführen kann wie kein anderer: die NASA-Raumsonde New Horizons. Sie fliegt jenseits des Pluto durch dunkle, kaum von solarem Streulicht gestörte Zonen unseres Sonnensystems. Postman und sein Team haben deshalb Himmelsaufnahmen von New Horizons als Basis für eine neue Messung des optischen Hintergrundleuchtens ausgewertet.

Das überraschende Ergebnis: Das All ist offenbar deutlich dunkler als bislang angenommen. „In Magnituden ausgedrückt ist der Himmel rund zehnmal dunkler als die dunkelsten Himmelsaufnahmen des Hubble-Teleskops nahelegten“, berichten Postman und sein Team. Insgesamt ermittelten sie für das kosmische Hintergrundlicht einen Wert von 33,2 Nanowatt pro Quadratmeter pro Steradiant.

Weniger Galaxien im Kosmos

Was aber sagt uns das? Wie die Astronomen erklären, deutet ihre Messung darauf hin, dass es im fernen, für uns unsichtbaren All deutlich weniger Galaxien geben könnte als gedacht. Auf Basis der Hubble-Messungen gingen Forscher bislang von einem Anteil von 90 Prozent solcher unsichtbaren Galaxien aus und damit von mindestens zwei Billionen Galaxien im Kosmos. Ein Großteil davon wäre lichtschwächer als 30 Magnituden und damit nicht direkt sichtbar.

Die neuen Messdaten von New Horizons zeichnen nun ein anderes Bild: „Man kann alle Galaxien nehmen, die Hubble sieht und dann diese Zahl verdoppeln“, erklärt Koautor Tod Lauer vom NOIRLab in Tucson. „Das ist dann das, was wir messen – aber nicht mehr.“ Demnach liegt die Gesamtzahl der Galaxien im Kosmos eher bei einigen hundert Milliarden statt bei zwei Billionen.

Lichtrest ungeklärten Ursprungs

Interessant ist allerdings: Rechnet man alles Licht heraus, das von bekannten Quellen und den unsichtbaren Galaxien stammt, dann bleibt ein kleiner Rest übrig: „Es bleibt eine diffuse Komponente unbekannten Ursprungs im Bereich von 8,8 bis 11,9 Nanowatt pro Quadratmeter pro Steradiant“, berichten die Forscher. Dabei könnte es sich um Licht handeln, das durch bisher nicht bekannte und berücksichtigte Prozesse erzeugt wurde.

„Eine solche diffuse Komponente des optischen Hintergrundlichts könnte exotischere Entstehungsprozesse von Photonen reflektieren, beispielsweise durch die Annihilation oder den Zerfall von Dunkle-Materie-Teilchen“, mutmaßen Postman und sein Team. (Astrophysical Journal, accepted; 237th Meeting of the American Astronomical Society, abstract)

Quelle: Space Telescope Science Institute, NOIRLab