Сколько частиц света испустили звёзды в наблюдаемой Вселенной за всю историю её существования? Теперь учёные знают ответ. Более того, они выяснили, как эта величина менялась с течением времени. Новые данные помогут ответить на давние вопросы об эволюции галактик и о природе тёмной материи.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Science коллаборацией гамма-телескопа Fermi.
Чтобы не томить читателя, сразу назовём цифру: примерно 1084 фотонов (единица и 84 нуля после неё). А теперь расскажем о том, как эта впечатляющая цифра была получена.
Измерить количество звёздного света трудно. Например, нельзя попросту сложить наблюдаемую светимость всех известных галактик. Ведь астрономы открывают всё новые звёздные системы, в том числе и в ближайших окрестностях Млечного Пути. Кроме того, некоторое количество светил рождается вне галактик.
Каждый квант, испущенный звездой, в конце концов становится частью внегалактического фонового света (extragalactic background light), или ВФС. Это совокупность всех фотонов, путешествующих в космическом пространстве.
Хотя астрономы называют это излучение светом, на самом деле речь идёт обо всём диапазоне электромагнитного спектра (а не только видимой человеческому глазу части спектра). Однако не всё оно создаётся звёздами. Например, источники большей части радиоволн или рентгеновских лучей во Вселенной – отнюдь не звёзды.
Чтобы измерить количество именно звёздных фотонов, нужно учитывать видимый свет, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение. Поясним, что звёздный свет от далёких галактик превращается в инфракрасное свечение из-за красного смещения. А на небольших расстояниях возможен и обратный эффект, когда кванты синего света переходят в ультрафиолетовую область.
Однако напрямую измерить интенсивность ВФС в этом (как, впрочем, и любом другом) диапазоне трудно. Мешают разнообразные эффекты, например, зодиакальный свет (солнечный свет, рассеянный частицами космической пыли).
Авторы новой работы применили остроумный метод. Они воспользовались тем фактом, что инфракрасные, видимые и ультрафиолетовые фотоны способны вступать в реакцию с гамма-квантами определённой энергии. В этом процессе гамма-квант и фотон исчезают, а вместо них образуется пара из электрона и позитрона.
Астрономы использовали наблюдения 739 блазаров с помощью гамма-телескопа "Ферми". Они искали в спектре принятого излучения провалы в тех точках, где число гамма-квантов должно было уменьшаться из-за реакций со звёздными фотонами.
Так как наблюдаемые блазары находятся на самых разных расстояниях от Земли (а значит, их излучение было испущено в разное время), исследователи получили "временной срез" количества света в космосе. В целом было охвачено более 90% времени жизни Вселенной (составляющего, напомним, 13,7 миллиарда лет).
"Используя блазары на разных расстояниях от нас, мы измерили полное [количество] звёздного света в разные периоды времени, – говорит Вайдеи Палийя (Vaidehi Paliya) из Университета Клемсона в США. – Мы измерили полное [количество] звёздного света в каждую эпоху: один миллиард лет назад, два миллиарда лет назад, шесть миллиардов лет назад и так далее, вплоть до того момента, когда сформировались [первые] звёзды".
Это позволило учёным оценить скорость образования звёзд в разные эпохи. Эти данные, в свою очередь, имеют значение для нашего понимания эволюции галактик, роли космической пыли и даже природы тёмной материи.
Как и исследования традиционными методами, потенциально подверженными разнообразным ошибкам, новая работа показала пик звездообразования около 11 миллиардов лет назад.
"Это независимое подтверждение предыдущих измерений скорости звездообразования, – поясняет Дэвид Томпсон (David Thompson) из NASA. – В астрономии, когда два совершенно независимых метода дают один и тот же ответ, это обычно означает, что мы всё делаем правильно. В данном случае мы измеряем [скорость] звездообразования, вообще не глядя на звезды, а наблюдая гамма-лучи, которые путешествовали в космосе".
Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesi.ru) писали о столкновении галактик, в котором рождается огромное количество звёзд, и об одной из самых древних звёзд в нашей части Галактики.
