Ученые подсчитали весь свет Вселенной
Используя данные космического гамма-телескопа NASA "Fermi", ученые подсчитали количество всех когда-либо существовавших фотонов во Вселенной, что поможет раскрыть историю звездообразования и в конечном итоге "добраться" до Большого Взрыва.
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.
Несмотря на такое огромное число, 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, 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 (джеты) 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 внегалактического фонового излучения. Поэтому точные измерения этого космического тумана, которые только недавно стали возможными, устранили необходимость оценки выбросов света из ультрадалеких галактик.
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.
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.
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, ведущий автор исследования из Университета Клемсона (США).