Hur mörk är himlen, och vad säger det oss om antalet galaxer i det synliga universum? Astronomer kan uppskatta det totala antalet galaxer genom att räkna allt som är synligt i ett Hubble-djupfält och sedan multiplicera dem med himlens totala yta. Men andra galaxer är för svaga och avlägsna för att direkt upptäcka. Men även om vi inte kan räkna dem, deras ljus genomsyrar rymden med ett svagt sken.

För att mäta den glöden, astronomiska satelliter måste fly det inre solsystemet och dess ljusföroreningar, orsakas av solljus som reflekteras av damm. Ett team av forskare har använt observationer från NASA:s New Horizons-uppdrag till Pluto och Kuiperbältet för att bestämma ljusstyrkan hos denna kosmiska optiska bakgrund. Deras resultat sätter en övre gräns för överflöd av svimning, olösta galaxer, visar att de bara uppgår till hundratals miljarder, inte 2 biljoner galaxer som tidigare trott.

Hur mörkt blir rymden? Om du kommer bort från stadens ljus och tittar upp, himlen mellan stjärnorna verkar väldigt mörk. Ovanför jordens atmosfär dämpas yttre rymden ytterligare, bleknar till en bläckfärgad kolsvart. Och ändå även där, utrymmet är inte helt svart. Universum har en genomträngd svag glimt från otaliga avlägsna stjärnor och galaxer.

Nya mätningar av den svaga bakgrundsglöden visar att de osynliga galaxerna är mindre rikliga än några teoretiska studier antydde, uppgår bara till hundratals miljarder snarare än de tidigare rapporterade två biljonerna galaxerna.

"Det är en viktig siffra att veta - hur många galaxer finns det?" sa Marc Postman från Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland, en huvudförfattare på studien. "Vi ser helt enkelt inte ljuset från två biljoner galaxer."

Den tidigare uppskattningen extrapolerades från observationer på mycket djup himmel av NASA:s rymdteleskop Hubble. Den förlitade sig på matematiska modeller för att uppskatta hur många galaxer som var för små och svaga för Hubble att se. Det laget drog slutsatsen att 90 % av galaxerna i universum var bortom Hubbles förmåga att upptäcka i synligt ljus. De nya rönen, som förlitade sig på mätningar från NASA:s avlägsna New Horizons-uppdrag, föreslå ett mycket mer blygsamt antal.

"Ta alla galaxer Hubble kan se, det dubbla antalet, och det är vad vi ser – men inget mer, " sa Tod Lauer från NSF:s NOIRLab, en huvudförfattare på studien.

Dessa resultat kommer att presenteras på onsdag, 13 januari vid ett möte i American Astronomical Society, som är öppen för anmälda deltagare.

Den kosmiska optiska bakgrunden som teamet försökte mäta är ekvivalenten med synligt ljus till den mer välkända kosmiska mikrovågsbakgrunden - det svaga efterskenet från själva big bang, innan stjärnor någonsin existerade.

"Medan den kosmiska mikrovågsbakgrunden berättar om de första 450, 000 år efter big bang, den kosmiska optiska bakgrunden säger oss något om summan av alla stjärnor som någonsin har bildats sedan dess, " förklarade Postman. "Det sätter en begränsning på det totala antalet galaxer som har skapats, och var de kan vara i tid."

Så kraftfull som Hubble är, teamet kunde inte använda det för att göra dessa observationer. Även om det ligger i rymden, Hubble kretsar runt jorden och lider fortfarande av ljusföroreningar. Det inre solsystemet är fyllt med små dammpartiklar från sönderfallna asteroider och kometer. Solljus reflekteras från dessa partiklar, skapar ett sken som kallas zodiakalljuset som kan observeras även av skywatchers på marken.

För att undkomma zodiakens ljus, laget var tvunget att använda ett observatorium som har undkommit det inre solsystemet. Lyckligtvis rymdfarkosten New Horizons, som har levererat de närmaste bilderna någonsin av Pluto och Kuiperbältsobjektet Arrokoth, är tillräckligt långt för att göra dessa mätningar. På dess avstånd (mer än 4 miljarder miles bort när dessa observationer gjordes), New Horizons upplever en omgivande himmel 10 gånger mörkare än den mörkaste himmel som är tillgänglig för Hubble.

"Den här typen av mätningar är oerhört svåra. Många människor har försökt göra det här under lång tid, ", sade Lauer. "New Horizons gav oss en utsiktspunkt för att mäta den kosmiska optiska bakgrunden bättre än någon annan har kunnat göra det."

Teamet analyserade befintliga bilder från New Horizons arkiv. För att reta ut den svaga bakgrundsglöden, de var tvungna att korrigera för ett antal andra faktorer. Till exempel, de subtraherade ljuset från de galaxer som förväntas existera som är för svaga för att kunna identifieras. Den mest utmanande korrigeringen var att ta bort ljus från Vintergatans stjärnor som reflekterades från interstellärt damm och in i kameran.

Den återstående signalen, även om det är extremt svagt, var fortfarande mätbar. Postman jämförde det med att bo i ett avlägset område långt från stadens ljus, ligger i ditt sovrum på natten med gardinerna öppna. Om en granne en mil på vägen öppnade sitt kylskåp och letade efter ett mellanmål vid midnatt, och ljuset från deras kylskåp reflekterades från sovrumsväggarna, det skulle vara lika ljust som bakgrunden som New Horizons upptäckte.

Så, vad kan vara källan till denna överblivna glöd? Det är möjligt att ett överflöd av dvärggalaxer i det relativt närliggande universum ligger precis bortom detekterbarhet. Eller så kan de diffusa glororna av stjärnor som omger galaxer vara ljusare än väntat. Det kan finnas en population av skurkar, intergalaktiska stjärnor spridda över hela kosmos. Kanske mest spännande, det kan finnas många fler svaga, avlägsna galaxer än vad teorier antyder. 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 .