星光幾何？

作者：PATRICK J. KIGER

Credit：HW

先說結果：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

這個數量指的是光子的數量，4 x 10^84個。可觀測宇宙內星光內的光子量 — 據克萊姆森大學科學學院天體物理學家Marco Ajello領導的一組研究人員稱，可觀測宇宙中所有恆星發出的光都可以追溯到這個擁有137億年歷史的宇宙已經存在了10億年的時間內。

該結果基於對NASA的10年歷史的費米伽瑪射線太空望遠鏡數據的分析，這使得研究人員能夠編撰宇宙大部分時間內恆星形成的歷史。

科學家們在2018年11月30日發表在《科學》雜誌上的一篇論文中詳細介紹了他們的研究結果，其中Ajello為主要作者。

測量宇宙大部分歷史星光需要相當的聰明才智。正如Ajello在評論中所解釋的那樣，星星發出的光總量由兩種類型組成。他寫道：「一種是未被宇宙塵埃吸收的恆星光線。這就是我們測量的結果。其餘的是被塵埃吸收的恆星光線，並以紅外線重新發射。我們對此並不敏感。事實證明，宇宙歷史中恆星發出的能量的一半被重新處理，由更長(紅外)波長的星光組成。「

天空充滿了很久以前遙遠恆星發射的光子 - 這被稱為河外背景光，或EBL。儘管如此，除了來自我們銀河系的星星還有我們的月亮之外，我們眼中的天空看起來是黑暗的。根據Ajello的說法，這是因為大部分來自宇宙其餘部分的星光都非常微弱 - 相當於一個60瓦的燈泡，在距離大約250萬英里外安靜發光。

正如《科學》里解釋的那樣，為了解決這個問題，Ajello和他的團隊仔細研究了費米望遠鏡10年的數據，並研究了EBL與遙遠的耀變體發射的伽馬射線的相互作用。研究人員通過與EBL光子的碰撞計算了這些耀變體的伽瑪射線被吸收或改變的程度。

「耀變體在電磁波譜中發光，但在伽馬射線波段釋放大部分能量，」Ajello解釋說。 「費米望遠鏡的大面積望遠鏡(LAT)能夠測量從100 MeV(可見光能量的100萬倍)到1 TeV(可見光能量的1萬億倍)的伽馬射線。產生過程(其中兩個光子產生一個電子 - 正電子對)吸收了從耀變體發出的伽馬射線，它們的能量僅為~10 GeV(可見光能量的十億倍)。所以低於這個能量，我們觀察到真實的、未被吸收的耀變體輸出，但是超過這個"閾值"，越來越多的來自耀變體的光子被吸收直到落回這一點(如果增加足夠的能量的話)，就再也看不到耀變體了。「

「我們搜尋從0%吸收到100％吸收作為能量函數的轉變，」Ajello繼續說道。 「過渡開始時的能量以及從0%到100%的速度測量EBL光子的能量以及那裡有多少光能。吸收越多轉變就越快「。

Ajello把跟蹤EBL稱為天體物理學家版本的「彩虹盡頭的寶藏」。EBL是彩虹，這個領域的知識最終可以揭示許多有用的信息。

Ajello解釋說，恆星發出的光總量有兩種類型。 「一個是恆星光線，它可以通過塵埃吸收(這是我們測量的)。其餘的是被塵埃吸收並在紅外線中重新發射的恆星光線(我們對此不敏感)。一半的能量在宇宙歷史中被更長(紅外)波長的恆星重新處理。」

研究人員的技術使他們能夠觀測到宇宙中恆星形成的歷史，根據《華盛頓郵報》關於這項工作的文章，他們發現大爆炸後大約30億年恆星形成達到頂峰，並且此後大幅放緩。

計數不包括宇宙存在的前十億年中發出的星光量。「那是一個我們無法真正探索的時代，」Ajello解釋道。這也是他和其他科學家期待2021年詹姆斯韋伯太空望遠鏡發射的原因之一，NASA稱這台太空望遠鏡非常靈敏。

本文譯自 howstuffworks，由譯者 HW 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！