Không gian sâu thẳm thực sự hoàn toàn tối, New Horizons chứng minh

Từ bên trong hệ mặt trời, ánh sáng hoàng đạo ngăn chúng ta nhìn thấy bóng tối thực sự. Nhưng từ hàng tỷ dặm xa xôi, New Horizons cuối cùng đã có thể.

Bốn năm trước, các nhà thiên văn học đã có một nhận thức đầy ngoạn mục về một dạng nghiên cứu khoa học mới mà họ có thể thực hiện: họ cuối cùng đã có thể tìm kiếm sự tồn tại (hoặc không tồn tại) của nền quang học vũ trụ.

Chúng ta có một lý thuyết về nguồn gốc ánh sáng trong vũ trụ:

– Chúng ta có ánh sáng còn sót lại từ Vụ Nổ Lớn, hiện đã bị dịch chuyển sang vùng vi sóng của phổ điện từ.

– Chúng ta có ánh sáng do các ngôi sao tạo ra, được phân bố bên trong các thiên hà, nhóm thiên hà và cụm thiên hà, cũng như một số ngôi sao và cụm sao nằm trong môi trường liên cụm.

– Chúng ta có ánh sáng phản xạ từ các đám mây vật chất trung hòa.

– Chúng ta có ánh sáng phát ra từ vật chất bị nung nóng, tạo ra nền hồng ngoại vũ trụ.

Về lý thuyết, nền quang học vũ trụ duy nhất tồn tại phải là ánh sáng do các ngôi sao tạo ra, ánh sáng này nên bị giới hạn trong các thiên hà và những cấu trúc vật chất liên kết lớn hơn, cộng với một lượng nhỏ ánh sáng phản xạ từ bên trong chính những cấu trúc đó.

Nhưng từ Trái Đất và ngay cả từ không gian bên trong Hệ Mặt Trời, chúng ta không thể thực hiện những phép đo này; có quá nhiều ánh sáng lạc từ Mặt Trời phản chiếu lên các hạt bụi nhỏ trong không gian liên hành tinh, khiến chúng ta không thể tìm thấy bóng tối thực sự.

Các tàu vũ trụ đủ xa để nhìn thấy bóng tối thật sự

Hiện có năm tàu vũ trụ đã du hành đủ xa khỏi Trái Đất – Voyager 1 và 2, Pioneer 10 và 11, và New Horizons – để ánh sáng lạc này, còn được gọi là ánh sáng hoàng đạo, cuối cùng đã mờ nhạt đủ để họ có thể trả lời các câu hỏi về bóng tối của không gian sâu thẳm.

Mặc dù bốn tàu đầu tiên không có công cụ phù hợp để thực hiện các phép đo quan trọng này, nhưng New Horizons thì có – và nó vẫn hoạt động hoàn toàn bình thường. Sau một phân tích kỹ lưỡng của nhóm nghiên cứu New Horizons, đây là những gì chúng ta đã tìm hiểu về nền quang học vũ trụ.

Tất cả ánh sáng do các ngôi sao, lỗ đen và các nguyên tử bị kích thích phát ra đều góp phần vào nền quang học vũ trụ. Tuy nhiên, nếu có ánh sáng dư thừa vượt quá mức này, thì đó sẽ là một bí ẩn lớn của vũ trụ.

Nếu bạn ở đó từ khi vũ trụ mới hình thành

Hãy tưởng tượng rằng bạn có mặt ngay từ lúc bắt đầu Vụ Nổ Lớn và bạn có thể – từ một quan điểm toàn trí – quan sát lịch sử của vũ trụ diễn ra.

Ban đầu, bạn sẽ thấy rằng vũ trụ hoàn toàn rực sáng. Một biển hạt, phản hạt và bức xạ vô cùng dày đặc và năng lượng cao – bao gồm cả photon – tồn tại khắp nơi và theo mọi hướng, với mức năng lượng dễ dàng đạt tới hoặc vượt quá vùng bước sóng quang học.

Tuy nhiên, theo thời gian, vũ trụ giãn nở và nguội đi, ánh sáng bên trong nó kéo dài bước sóng, làm giảm năng lượng của nó và biến đổi từ cực tím sang quang học, rồi sang hồng ngoại và thậm chí là năng lượng thấp hơn với bước sóng dài hơn. Khi vũ trụ nguội đi đủ nhiều, các nguyên tử trung hòa bắt đầu hình thành.

Sau đó, một nguồn sáng mới xuất hiện. Khi các nguyên tử trung hòa hình thành, vật chất trong vũ trụ bắt đầu co lại do lực hấp dẫn, kéo vật chất vào những vùng đậm đặc nhất và khiến các dòng khí giao thoa nhau.

Khi những đám mây khí này co lại và phân mảnh, mật độ bên trong của chúng tăng lên, giữ nhiệt trong quá trình co lại ngày càng sâu hơn, cho đến khi một ngưỡng tới hạn bị vượt qua và các ngôi sao được hình thành.

Những ngôi sao đó một lần nữa thắp sáng vũ trụ bằng ánh sáng quang học (ánh sáng nhìn thấy). Khi chúng ta đến thời điểm hiện tại, hơn 13 tỷ năm sau, chúng ta ước tính rằng hơn hai tỷ tỷ (sextillion) ngôi sao đã được hình thành, phân bố trong các thiên hà, nhóm thiên hà, cụm thiên hà và thậm chí là những cấu trúc lớn hơn.

Quá trình tiến hóa của cấu trúc quy mô lớn trong vũ trụ, từ trạng thái ban đầu gần như đồng nhất đến vũ trụ có các cụm thiên hà như ngày nay.

Loại và lượng vật chất tối sẽ tạo ra một vũ trụ hoàn toàn khác nếu chúng ta thay đổi những gì vũ trụ đang có. Hãy chú ý rằng các cấu trúc nhỏ xuất hiện từ rất sớm, trong khi những cấu trúc lớn hơn phải mất rất lâu mới hình thành.

Nếu đây là một mô hình mô tả thực tế chính xác, thì ánh sáng quang học mà chúng ta quan sát được phải xuất phát từ các nguồn vật lý thiên văn dự đoán trong khung lý thuyết này – không nhiều hơn cũng không ít hơn.

Ngoài ánh sáng từ các ngôi sao, còn có những quá trình bổ sung xảy ra bên trong các cấu trúc vật chất này có thể phát ra ánh sáng quang học. Những quá trình này bao gồm sự tương tác giữa các thiên hà, sự hình thành lỗ đen siêu lớn và sự phát xạ từ các đám mây khí bị ion hóa.

Kết quả từ New Horizons có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn về liệu có bất kỳ nguồn sáng nào khác ngoài những dự đoán lý thuyết này hay không. Nếu có ánh sáng dư thừa không giải thích được, điều đó có thể mở ra một bí ẩn vũ trụ hoàn toàn mới.

Lỗ đen phát sáng như thế nào?

Lỗ đen phải hấp thụ vật chất, làm nóng nó đến nhiệt độ cao đến mức phát ra ánh sáng nhìn thấy. Các ngôi sao sáng phát ra tia cực tím, và do sự giãn nở của vũ trụ, ánh sáng này bị dịch chuyển sang vùng quang học trước khi đến mắt chúng ta.

Ánh sáng sao va vào các hạt vật chất trung hòa, như bụi, làm nóng chúng và kích thích các electron bên trong. Khi các electron này quay trở lại mức năng lượng thấp hơn, chúng phát ra ánh sáng.

Ngoài ra, ánh sáng sao lan tỏa khắp vũ trụ cũng có thể va vào các đám mây vật chất, phản xạ một phần ánh sáng đó và tạo ra các nguồn bức xạ quang học bổ sung.

Tuy nhiên, phần lớn ánh sáng quang học trong vũ trụ được cho là đến từ các ngôi sao trong thiên hà và, ở mức độ thấp hơn, từ các lỗ đen bên trong các thiên hà đó.

Một trong những thử nghiệm quan trọng để kiểm chứng giả thuyết này là phóng một kính thiên văn ra xa Hệ Mặt Trời, đến nơi mà các hạt băng và bụi trong không gian liên hành tinh không còn phản xạ ánh sáng Mặt Trời.

Từ đó, chúng ta có thể đo lượng ánh sáng tổng hợp mờ nhạt phát ra từ tất cả các nguồn bên ngoài vũ trụ.

Nếu tổng lượng ánh sáng đó – tức nền quang học vũ trụ – khớp với dự đoán về ánh sáng phát ra từ các thiên hà và lỗ đen của chúng, điều này sẽ giúp xác nhận mô hình hiện đại của vũ trụ.

Nhưng nếu không, chúng ta có thể phát hiện ra rằng không gian sâu thẳm không hoàn toàn tối, và có thể vũ trụ còn chứa đựng những điều mà chúng ta chưa từng tưởng tượng đến.

Mặc dù có hàng nghìn tỷ ngôi sao phát ra ánh sáng nuôi dưỡng những thiên hà này, nhưng chúng kéo dài đến hàng chục tỷ năm ánh sáng trong không gian.

Nhiều thiên hà mờ nhạt, chưa được phân giải, tồn tại trong khoảng không giữa các thiên hà này, góp phần vào nền quang học của vũ trụ.

Việc định lượng nền quang học này trên tất cả các bước sóng là một nhiệm vụ quan trọng để đảm bảo rằng mô hình vũ trụ học của chúng ta phản ánh chính xác thực tế.

Chúng ta đã thực hiện một cuộc khảo sát đáng kinh ngạc về các thiên hà mờ nhạt ở nhiều khoảng cách khác nhau, sử dụng kỹ thuật trường sâu độ phân giải cao với các đài quan sát như JWST và Hubble.

Chúng ta cũng sử dụng kỹ thuật trường rộng với độ phân giải thấp hơn bằng các kính thiên văn như Sloan Digital Sky Survey, Gaia và Euclid.

Nhưng tất cả những kính thiên văn này đều gặp một hạn chế lớn: chúng chưa đủ xa Mặt Trời.

Hệ quả là có nguy cơ ánh sáng tán xạ – cả từ Ngân Hà lẫn từ bụi hoàng đạo – làm ô nhiễm các quan sát của chúng ta.

Để khám phá những vùng không gian liên sao sâu thẳm, chúng ta cần loại bỏ những nguồn ô nhiễm ánh sáng này.

Làm thế nào để giảm ô nhiễm ánh sáng trong quan sát vũ trụ?

Chúng ta có thể nghĩ đến một số cách thông minh để xử lý vấn đề này.

Ví dụ, chúng ta có thể thực hiện quan sát khi kính thiên văn nằm trong bóng của Trái Đất, nhưng ánh sáng hoàng đạo vẫn sẽ tồn tại và tiếp tục làm ô nhiễm dữ liệu.

Chúng ta cũng có thể quan sát bên ngoài mặt phẳng hoàng đạo – nơi ánh sáng hoàng đạo mờ hơn.

Nhưng ngay cả khi làm vậy, độ sáng nền của bầu trời vẫn cao hơn ánh sáng ngoài thiên hà chưa phân giải khoảng 15 lần.

Cả Hubble lẫn JWST đều bị nhấn chìm bởi nhiễu này.

Giải pháp thực tế duy nhất là đi thật xa – đến những khoảng cách mà mật độ các hạt bụi liên hành tinh quá nhỏ đến mức chúng chỉ tạo ra tác động không đáng kể.

Mặc dù các ngôi sao, thiên hà và Ngân Hà là những hình ảnh quen thuộc trên bầu trời đêm, nhưng chúng còn được đi kèm với ánh sáng hoàng đạo mờ nhạt – vốn xuất phát từ ánh sáng (chủ yếu là ánh sáng Mặt Trời trực tiếp) phản xạ lên các hạt bụi trong Hệ Mặt Trời.

Bụi hoàng đạo có mặt rất nhiều trong khu vực bên trong Hệ Mặt Trời, và nó tạo ra giới hạn cơ bản khi chúng ta thu thập dữ liệu về vũ trụ xa xôi.

Cuối cùng, chúng ta hiện đã có một kính thiên văn phù hợp cho nhiệm vụ này: tàu vũ trụ New Horizons.

Hiện tại, New Horizons đang ở khoảng cách xấp xỉ 60 đơn vị thiên văn (AU), nơi 1 AU là khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời.

Nó là một trong năm tàu vũ trụ duy nhất từng được con người phóng lên có quỹ đạo rời khỏi Hệ Mặt Trời.

Nó cũng chứa camera hoạt động xa nhất từng được triển khai, và tại vị trí cách xa Mặt Trời như vậy, nó gần như không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng hoàng đạo tiền cảnh.

Trong khi Hubble, với quỹ đạo thấp quanh Trái Đất, không thể thực hiện các phép đo chất lượng cao về nền quang học vũ trụ, thì New Horizons, với thiết bị LORRI (Long-Range Reconnaissance Imager), hiện đang ở vị trí lý tưởng để làm chính xác điều đó.

Nỗ lực đầu tiên nhằm thực hiện các phép đo này và xác định nền quang học vũ trụ bằng New Horizons đã được tiến hành trong một bài báo năm 2021.

Nhóm nghiên cứu đã phải giải quyết một số vấn đề:

– Nhiễu từ camera.

– Ánh sáng Mặt Trời tán xạ còn sót lại.

– Ánh sáng dư thừa từ các ngôi sao ngoài trục.

– Phản xạ từ các tinh thể phát ra do hệ thống đẩy của tàu vũ trụ.

– Các hiệu ứng từ thiết bị đo.

Họ đã loại bỏ những quan sát gần mặt phẳng Ngân Hà và tập trung vào những vùng nằm xa nhất khỏi mặt phẳng thiên hà.

Sau đó, họ định lượng ánh sáng quan sát được, so sánh với lượng ánh sáng dự kiến từ các ngôi sao và thiên hà, rồi rút ra kết luận về việc có hay không sự dư thừa ánh sáng trong nền quang học vũ trụ.

Nếu có ánh sáng dư thừa không thể giải thích được, thì đó có thể là dấu hiệu cho một điều gì đó hoàn toàn mới về bản chất của vũ trụ mà chúng ta chưa từng biết đến.

Cấu trúc của hệ mặt trời và vai trò của bụi hoàng đạo

Sơ đồ mô tả Hệ Mặt Trời với các sao chổi, vành đai tiểu hành tinh, đám mây hoàng đạo cùng các hành tinh như Sao Mộc và Sao Thổ được ghi chú rõ ràng. Các phần chèn đặc biệt làm nổi bật đám mây hoàng đạo trên nền không gian tối tăm, mở ra những chân trời mới cho sự khám phá.

Bụi giữa các hành tinh phản xạ ánh sáng Mặt Trời mà chúng ta quan sát không đến từ vành đai tiểu hành tinh (được biểu thị bằng màu xanh lá cây), mà từ các sao chổi bị xáo trộn định kỳ, những thiên thể dành phần lớn thời gian của chúng gần quỹ đạo của Sao Mộc. Bụi hoàng đạo chiếm ưu thế trong khu vực Hệ Mặt Trời bên trong quỹ đạo của Sao Thổ. Ngoài ranh giới này, mật độ bụi giảm đáng kể, nhưng ánh sáng hoàng đạo vẫn có vai trò quan trọng cho đến tận rìa của vành đai Kuiper.

Nghiên cứu dựa trên bảy vùng quan sát được thu thập khi tàu New Horizons còn ở gần Mặt Trời hơn (từ 42 đến 45 AU). Kết quả chỉ ra rằng cường độ nền quang học vũ trụ đạt mức 15,9 ± 4,2 nanowatt trên mỗi mét vuông trên mỗi steradian (nơi steradian là một đơn vị đo góc khối trên bầu trời, với tổng cộng 4π steradian trên toàn bộ bầu trời).

Con số này xấp xỉ gấp đôi lượng ánh sáng dự đoán từ các ngôi sao và thiên hà chưa thể phân giải. Điều này khiến các nhà khoa học bất ngờ: có vẻ như trong vũ trụ tồn tại nhiều ánh sáng hơn mức mà các ngôi sao và thiên hà đã biết có thể giải thích.

Tuy nhiên, có thể có những nguồn ánh sáng tiền cảnh khác đã làm nhiễu kết quả quan sát. Ánh sáng khuếch tán từ Dải Ngân Hà là một yếu tố gây nhiễu lớn, vì ánh sáng từ các ngôi sao trong thiên hà có thể bị tán xạ bởi bụi liên sao. Bên cạnh đó, ánh sáng từ các ngôi sao nằm ngoài trường quan sát của thiết bị LORRI trên tàu New Horizons cũng có thể bị phản xạ gián tiếp vào camera.

Dựa trên một bộ dữ liệu quan sát phong phú được thu thập từ tàu New Horizons, nhóm nghiên cứu đã thực hiện một phân tích mới vào năm 2024. Công trình này đã được chấp nhận xuất bản trên tạp chí Astrophysical Journal. Trong nghiên cứu, họ sử dụng các hình ảnh LORRI thu thập vào năm 2023 khi tàu New Horizons ở khoảng cách chỉ 57 AU từ Mặt Trời, với mục đích giảm thiểu tối đa sự ảnh hưởng của các nguồn ánh sáng tiền cảnh.

Hình ảnh mô tả một tàu vũ trụ bay qua không gian tối tăm, với một hành tinh xa xôi và vệ tinh của nó xuất hiện trong nền, báo hiệu những chân trời mới của sự khám phá.

Từ hành trình vượt xa quỹ đạo của Sao Diêm Vương, tàu New Horizons của NASA đã chụp được nhiều hình ảnh không gian, cho phép đo đạc nền quang học ngoài thiên hà mà không bị ảnh hưởng bởi bụi hoàng đạo gần đó.

Nghiên cứu mới chứa nhiều phát hiện quan trọng, giúp tinh chỉnh những kết luận trước đây một cách đáng kể. Đặc biệt, ảnh hưởng của ánh sáng khuếch tán từ Dải Ngân Hà được xác định lại với độ chính xác cao hơn và cho thấy nó mạnh hơn so với những gì phân tích trước đó ước tính.

Trong nghiên cứu năm 2021, thành phần dị thường trong nền quang học vũ trụ – phần không thể giải thích bằng các nguồn tiền cảnh hay ánh sáng từ các sao và thiên hà chưa phân giải – được xác định ở mức 8,8 ± 4,9 nW/m²/sr. Đây là một con số có ý nghĩa thống kê trên mức 3-sigma: gợi ý mạnh mẽ rằng có sự tồn tại của một nguồn sáng không xác định, nhưng chưa thể khẳng định chắc chắn.

Tuy nhiên, trong nghiên cứu mới, sau khi phân tích lại kỹ hơn ánh sáng khuếch tán từ Dải Ngân Hà, giá trị của lượng ánh sáng dư thừa này đã giảm hơn một nửa, đồng thời mức độ quan trọng về mặt thống kê của kết quả cũng giảm đi tương ứng. Như bài báo mới khẳng định rõ ràng:

Mặc dù các quan sát của chúng tôi có thể phù hợp với một bất thường nhẹ của nền quang học vũ trụ so với cường độ của ánh sáng thiên hà tích hợp (IGL), chúng tôi không thể bác bỏ giả thuyết đơn giản hơn rằng nền quang học vũ trụ chỉ xuất phát từ các thiên hà đã biết.

Tầm quan trọng của dữ liệu từ New Horizons

Dữ liệu từ tàu New Horizons đóng vai trò vô cùng quan trọng, bởi đây là lần đầu tiên nhân loại có thể đo độ sáng (hoặc độ tối) của không gian ở khoảng cách xa khỏi ảnh hưởng của ánh sáng hoàng đạo.

Bản đồ toàn bộ bầu trời từ vệ tinh Planck cho thấy phần lớn các dấu hiệu bụi mà chúng ta quan sát trong thiên hà xuất phát từ chính Dải Ngân Hà. Tuy nhiên, khi xem xét toàn bộ vũ trụ bên ngoài Dải Ngân Hà, nguồn gốc của ánh sáng quang học chưa xác định vẫn còn là một câu hỏi chưa có lời giải.

Nâng cấp lớn nhất trong nghiên cứu 2024 là số lượng vùng quan sát bằng thiết bị LORRI. Trong khi nghiên cứu năm 2021 chỉ sử dụng 7 vùng quan sát để ước tính nền quang học vũ trụ, nghiên cứu mới tận dụng đến 16 vùng quan sát để đo nền sáng, cùng với 8 vùng quan sát bổ sung phục vụ hiệu chỉnh dữ liệu. Điều này giúp kết quả có độ chính xác cao hơn và được hiệu chuẩn tốt hơn so với nghiên cứu trước.

Trong phân tích ban đầu năm 2021, các nhà khoa học phát hiện rằng mỗi khi bật thiết bị LORRI, mức độ nhiễu nền tăng lên và giảm dần theo thời gian. Để khắc phục, họ đợi khoảng 4 phút để nhiễu giảm xuống mức có thể chấp nhận. Tuy nhiên, nguyên nhân thực sự của hiện tượng này vẫn chưa được xác định.

Phân tích mới cho thấy mức nhiễu này thực ra tiếp tục giảm ngay cả sau 4 phút, do đó cần phải hiệu chỉnh lại toàn bộ dữ liệu. Những cải tiến như thế này đóng vai trò quan trọng trong việc giảm sai số hệ thống.

Ngoài ra, nghiên cứu mới cũng thực hiện nhiều điều chỉnh nhằm ước tính chính xác hơn ảnh hưởng của các nguồn sáng tiền cảnh, đặc biệt là ánh sáng khuếch tán từ Dải Ngân Hà. Những điều chỉnh này góp phần lớn vào việc làm rõ hơn bản chất của ánh sáng nền vũ trụ, giúp các nhà khoa học có cái nhìn chính xác hơn về tổng lượng ánh sáng trong không gian.

Hình ảnh một vùng không gian tối đen với vô số ngôi sao và các đám mây tinh vân mờ ảo, kết hợp giữa những ngôi sao xanh sáng và các cấu trúc mây bụi mỏng manh, mở ra một cái nhìn mới về những chân trời xa xăm.

Khi các hạt bụi liên sao hấp thụ ánh sáng, chúng sẽ nóng lên và phát ra bức xạ trong dải hồng ngoại. Điều này cũng tạo ra các tín hiệu quang học khi bụi tán xạ ánh sáng từ các ngôi sao lân cận, và hiện tượng này được gọi là đám mây bụi khuếch tán trong Ngân Hà hoặc ánh sáng khuếch tán thiên hà. Việc xác định chính xác cường độ của hiệu ứng này là một bài toán quan trọng trong việc ước tính nền quang học vũ trụ từ bên trong thiên hà của chúng ta.

Đối với các nguồn ánh sáng tiền cảnh, nhóm nghiên cứu phát hiện rằng đóng góp của ánh sáng khuếch tán từ Ngân Hà lớn hơn một chút so với ước tính trước đó: 0,10 nW/m²/sr, so với mức 0,07 nW/m²/sr trong phân tích ban đầu.

Họ cũng nhận thấy cần phải điều chỉnh cho bức xạ phát ra từ sự chuyển mức năng lượng n = 3 → n = 2 trong nguyên tử hydro. Khi các nguyên tử hydro bị kích thích và sau đó giải phóng năng lượng, chúng phát ra photon với bước sóng đặc trưng (656,3 nm). Hiệu ứng này không được đưa vào trong phân tích trước đây, nhưng lại có ảnh hưởng đáng kể đến kết quả đo đạc.

Cuối cùng, họ phát hiện rằng ngay cả những thiên hà sáng ở gần khu vực quan sát, mặc dù đã bị loại trừ khỏi trường quan sát chính, vẫn có đóng góp vào nền sáng tiền cảnh. Điều này xảy ra bên cạnh những nguồn đã được tính đến trước đây, như ánh sáng tán xạ từ các ngôi sao, ánh sáng tổng hợp từ toàn bộ các ngôi sao, và ánh sáng tích hợp từ các thiên hà.

Cải thiện hiệu chuẩn ánh sáng khuếch tán trong ngân hà

Khi xét đến ánh sáng khuếch tán từ Ngân Hà, một phương pháp hiệu chuẩn hồng ngoại xa chính xác hơn đã được sử dụng. Dữ liệu từ vệ tinh Planck (thay thế cho dữ liệu IRIS trước đây) đã được áp dụng để nâng cao độ chính xác. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng sử dụng chính trường quan sát thực tế của thiết bị LORRI để ước tính khẩu độ quan sát, thay vì chỉ dùng một vòng tròn với bán kính góc cố định.

Tuy nhiên, có lẽ hiệu chỉnh lớn nhất đến từ phương pháp tự hiệu chuẩn tiên tiến hơn. Thay vì sử dụng phương pháp ước tính từ năm 2017 (do nhóm đầu tiên đề xuất việc sử dụng New Horizons để đo nền quang học vũ trụ), nghiên cứu mới đã sử dụng tám vùng quan sát tại vĩ độ thiên hà cao (năm vùng ở Bắc và ba vùng ở Nam) để thực hiện phân tích. Điều này giúp giảm thiểu đáng kể sai số hệ thống.

Biểu đồ này hiển thị các ước tính về nền quang học vũ trụ, kèm theo thanh sai số, so sánh với các dự đoán về tổng lượng ánh sáng quang học dự kiến từ các nguồn đã biết (được biểu thị bằng các vùng màu). Với các hiệu chỉnh mới được đưa vào trong nghiên cứu này, ký hiệu NH24, nền quang học đo được hoàn toàn phù hợp với các nguồn thiên văn đã biết.

Khi kết hợp tất cả các yếu tố này với những phép đo mới, phân tích mới nhất cho thấy cường độ ước tính của nền quang học vũ trụ nhỏ hơn nhiều so với các ước tính trước đó. Cụ thể, kết quả mới chỉ bằng khoảng một nửa so với giá trị cao nhất từng được tiết lộ trong dữ liệu của New Horizons, và chỉ bằng khoảng hai phần ba so với phân tích ban đầu của nhóm nghiên cứu vào năm 2021.

Thay vì đạt mức ý nghĩa thống kê trên 3-sigma (tương ứng với chỉ ~0,3% khả năng đây là một sai lệch ngẫu nhiên), kết quả mới lại hoàn toàn phù hợp với các nguồn sáng đã biết trong vũ trụ, bao gồm các ngôi sao, thiên hà, lỗ đen và khí bị kích thích.

Ý nghĩa của kết quả mới

Sự bất thường còn lại trong nền quang học vũ trụ hiện tại chỉ có mức ý nghĩa thống kê khoảng 1,5sigma, tức là có khoảng 15% khả năng đây chỉ là một sai số ngẫu nhiên – một con số quá cao để có thể đưa ra bất kỳ kết luận chắc chắn nào.

Ngoài ra, kết quả mới cũng đặt dấu hỏi đối với những tuyên bố trước đây. Các ước tính mới về ánh sáng khuếch tán từ Ngân Hà đã dẫn đến một giá trị hiệu chỉnh cho báo cáo năm 2022 của cùng nhóm nghiên cứu. Điều này được thể hiện qua thanh xám dưới trong biểu đồ, trái ngược với thanh trên, gợi ý rằng có rất ít bằng chứng ủng hộ sự tồn tại của các nguồn sáng dư thừa ngoài phạm vi vật lý đã biết.

Như chính các tác giả kết luận:

Nếu cường độ nền quang học vũ trụ mà chúng tôi xác định hiện nay là chính xác, điều đó có nghĩa là số lượng thiên hà, mức độ hấp thụ tia γ có năng lượng rất cao, và các phép đo trực tiếp về nền quang học vũ trụ cuối cùng đã hội tụ đến một mức độ chính xác đáng kể… Giả thuyết đơn giản nhất dường như cung cấp lời giải thích tốt nhất cho những gì chúng ta quan sát được: nền quang học vũ trụ chính là tổng lượng ánh sáng phát ra từ tất cả các thiên hà trong phạm vi quan sát của chúng ta.