10.1K
Используя данные космического гамма-телескопа NASA «Fermi», ученые подсчитали количество всех когда-либо существовавших фотов во Вселенной, что поможет раскрыть историю звездообразования и в конечном итоге «добраться» до Большого Взрыва. Результаты исследования представлены в журнале Science.
«Из данных, собранных телескопом «Fermi», мы смогли измерить все количество когда-либо возникшего звездного света. Это позволило нам лучше понять процесс эволюции звезд и получить увлекательную информацию о том, как Вселенная породила свое сияющее содержимое», – рассказывает Марко Ажелло, ведущий автор исследования из Университета Клемсона (США).
Cчитается, что формирование первых звезд началось спустя несколько сотен миллионов лет после Большого Взрыва. Сейчас в наблюдаемой Вселенной зафиксировано около двух триллионов галактик и триллионы триллионов звезд. Согласно новому измерению, число фотонов (частиц видимого света), выпущенных в космос звездами, оценивается в 4×1084. Или иными словами: 4 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 фотонов.
Несмотря на огромное количество, интересно отметить, что, за исключением света, который исходит от Солнца и Млечного Пути, остальная часть звездного света, достигающая Земли, чрезвычайно тусклая и эквивалентна 60-ваттной лампочке, видимой в полной темноте с расстояния 2,5 километра. Именно поэтому ночное небо для невооруженного глаза такое темное.
Блазары и космический туман
Космический телескоп «Fermi» в июне 2018 года отметил свой 10-летний юбилей. За это время мощная обсерватория предоставила огромное количество данных о гамма-лучах и их взаимодействии с внегалактическим фоновым излучением (EBL), которое представляет собой космический туман, состоящий из всего ультрафиолетового, видимого и инфракрасного света, испускаемого звездами или пылью в их окрестностях. Ученые проанализировали почти девять лет данных о сигналах гамма-излучения 739 блазаров.
Блазары – это галактики, содержащие сверхмассивные черные дыры, которые способны производить струи энергетических частиц почти со скоростью света. Гамма-кванты, образующиеся внутри этих джетов, в конечном итоге сталкиваются с космическим туманом, оставляя наблюдаемый отпечаток. Это позволило команде измерить плотность тумана не только в конкретном месте, но и в определенный момент времени в истории Вселенной.
Гамма-фотоны, пролетающие сквозь туман звездного света, имеют большую вероятность поглощения. Измеряя, сколько фотонов было «потеряно» по дороге к Земле, ученые установили, насколько густой был туман, а также измерили как функцию времени, сколько всего света было во всем диапазоне длин волн.
Проблема далеких галактик
Одним из препятствий, с которыми сталкивались предыдущие исследования истории звездообразования во Вселенной, было то, что некоторые галактики слишком далеки или слишком слабы, чтобы быть доступными для современных телескопов. Команда сумела обойти это, используя данные «Fermi» для анализа внегалактического фона.
Звездный свет, ускользающий даже из самых отдаленных галактик, в конечном итоге становится частью EBL. Поэтому точные измерения этого космического тумана, которые только недавно стали возможными, устранили необходимость оценки выбросов света из ультрадалеких галактик.
«Используя блазары на разных расстояниях от нас, мы измерили полный звездный свет в разные периоды времени. Мы получили общий звездный свет каждой эпохи – один, два, шесть миллиардов лет назад и так далее – вплоть до момента формирования первых звезд, что позволило нам восстановить EBL и определить историю звездообразования во Вселенной наиболее эффективным образом», – пояснил Вайдехи Палия, соавтор исследования из Университета Клемсона.
От «Fermi» до «James Webb»
Когда высокоэнергетические гамма-лучи сталкиваются с низкоэнергетическим видимым светом, они превращаются в пары электронов и позитронов. Способность «Fermi» обнаруживать гамма-лучи в широком диапазоне энергий делает его уникальным для картирования космического тумана.
«Ученые давно пытались измерить EBL. Однако очень яркие объекты Солнечной системы делали это непреодолимо сложным. Наша техника нечувствительна к ближайшему свету и, таким образом, справилась с этими трудностями», – добавил Абхишек Десаи, соавтор исследования из Университета Клемсона.
Образование звезд, которое происходит при коллапсе плотных областей молекулярных облаков, достигло своего пика около 11 миллиардов лет назад. Но хотя рождение новых светил с тех пор замедлилось, оно никогда не прекращалось.
«Звездообразование – это великий космический конвеер и утилизатор энергии, материи и металлов. Это двигатель Вселенной. Без эволюции звезд у нас не было бы фундаментальных элементов, необходимых для существования жизни», – сказал Дитер Хартманн, член научной команды из Университета Клемсона.
Понимание звездообразования также имеет последствия для других областей астрономии, включая исследования космической пыли, эволюции галактик и темной материи. Анализ команды обеспечит будущие миссии, в частности, космический телескоп NASA «James Webb», материалом для изучения ранней эволюции звезд.
«Первые миллиарды лет истории Вселенной – очень интересная эпоха, которая еще не была исследована современными инструментами. Наше измерение позволяет заглянуть в глубину веков. Возможно, однажды мы найдем способ вернуться к Большому Взрыву. Это наша конечная цель», – заключил Марко Ажелло.