В темноте среди звезд скрыт весь свет, который вселенная создала после Большого взрыва.
Теперь ученые думают, что они приблизительно знают, сколько это света. Согласно их новым измерениям, опубликованным сегодня (29 ноября) в журнале Science, с момента рождения через пару миллионов лет после Большого взрыва звезды произвели около 4 × 10 ^ 84 фотонов или частиц света.
Марко Аджелло, соавтор исследования и астрофизик из Университета Клемсона, говорит, что большая часть света во вселенной исходит от звезд.
Вот что происходит: звезды, подобные нашему солнцу, питаются от ядерных реакций в ядре, где водородные протоны сливаются вместе, образуя гелий. Этот процесс также выделяет энергию в виде гамма-квантов. Эти фотоны имеют в сто миллионов раз больше энергии, чем обычные фотоны, которые мы видим как видимый свет.
Поскольку ядро Солнца очень плотное, эти фотоны не могут вырваться и вместо этого продолжают сталкиваться с атомами и электронами, в конечном итоге теряя энергию. По словам Аджелло, спустя сотни тысяч лет они покидают Солнце с энергией примерно в миллион раз меньше, чем в видимом свете.
Свет, который мы можем видеть, исходит от фотонов, созданных звездами в нашей собственной галактике, включая солнце. Измерять весь этот другой свет в других частях вселенной - скрытый в темном небе среди звезд, которые мы видим, - «сложно, потому что он очень, очень тусклый», - сказал Аджелло в интервью Live Science. Действительно, пытаться увидеть весь свет во вселенной - это все равно, что смотреть на 60-ваттную лампочку на расстоянии 2,5 миль (4 километра), добавил он.
Так, Аджелло и его команда использовали косвенный метод для измерения этого света, опираясь на данные космического телескопа гамма-излучения Ферми НАСА, который вращается вокруг Земли с 2008 года. Исследователи смотрели на гамма-лучи, испускаемые 739 блазарами (невероятно яркие галактики с черными дырами, которые испускают гамма-лучи в нашем направлении) и один гамма-всплеск (взрыв очень высокой энергии), чтобы оценить, сколько звездного света существовало в разные эпохи вселенной - чем дальше находится источник гамма-лучей , тем давнее время.
Проходя через вселенную, фотоны в этих гамма-лучах взаимодействуют с «внегалактическим фоновым светом», туманом ультрафиолетовых, оптических и инфракрасных фотонов, создаваемых звездами. Этот процесс превращает фотоны в электроны и их партнеров по антивеществу, позитроны. Обнаружив эти небольшие изменения, Аджелло и его команда смогли оценить, сколько звездного света или «тумана» было в разное время.
Ученые обнаружили, что звезды сформировались с наибольшей скоростью около 10 миллиардов лет назад, и после этого образование звезд значительно уменьшилось. Общее количество когда-либо произведенного звездного света "не очень важно", сказал Аджелло.
Фактически, число 4 × 10 ^ 84, рассчитанное исследователями для общего числа произведенных фотонов, может быть в 10 раз меньше. Это потому, что он не включает фотоны в инфракрасном спектре, которые имеют более низкую энергию, чем видимый свет, сказал Аджелло.
Более захватывающий результат состоит в том, что исследователи могли рассчитать, сколько и какие типы фотонов существовали в разные эпохи вселенной, начиная с (почти) начала. Аджелло и его команда создали историю звездного света, охватывающую более 90 процентов космического времени. Чтобы построить остальные 10 процентов, самое, самое начало звездного света, «нам нужно подождать еще 10 лет наблюдения», - сказал Аджелло.
По словам Аджелло, снимок звездного света, созданного во время зарождения Вселенной, может быть получен с огромного космического телескопа Джеймса Уэбба, запуск которого ожидается в 2021 году.
Это «еще одна веха команды Ферми», - написала Элиза Прандини, аспирант кафедры физики и астрономии в Университете Падуи в Италии, в одной из перспективных статей того же номера журнала «Наука». Prandini, которая не была вовлечена в текущее исследование, также закончила свою перспективу упоминанием Космического телескопа Джеймса Уэбба и более «прямых» измерений, которые это могло дать.
