Ez a grafikon 150 blazár (zöld pont) elhelyezkedését mutatja be, amelyeket a Fermi Gamma-Ray távcső újjában használt. Hitel: NASA / DOE / Fermi LAT együttműködés
Az a világosság, amelyet minden létező csillag előállított, még mindig ott van, de „látni” és pontosan megmérni nagyon nehéz. A csillagászok a NASA Fermi Gamma-ray Űrtávcsőjéből származó adatokat felhasználva képesek voltak távoli fényszórókra nézni, hogy megkönnyítsék a háttérvilágítás mérését az összes csillagból, amelyek most és mindenkor ragyognak. Ez lehetővé tette a csillagfény legpontosabb mérését az egész világegyetemben, ami viszont elősegíti a korábban ragyogó csillagok számának meghatározását.
"A csillagok optikai és ultraibolya fénye tovább halad az egész világegyetemben, még akkor is, ha a csillagok már nem világítanak, és ez olyan fosszilis sugárzási teret hoz létre, amelyet távoli forrásokból származó gamma-sugarak felhasználásával tudunk felfedezni” - mondta Marco Ajello, a Kavli Intézet vezető tudósa. Részecske-asztrofizika és kozmológia a kaliforniai Stanfordi Egyetemen és a Berkeley-ben a Kaliforniai Egyetem Űrtudományi Laboratóriumán.
Eredményeik szerint a csillagok sűrűsége a kozmoszban mintegy 1,4 csillag / 100 milliárd köbös fényév, tehát a csillagok közötti távolság az univerzumban körülbelül 4150 fényév.
A csillagfény teljes összegét a kozmoszban extragalaktikus háttérvilágításnak (EBL) hívják, és Ajello és csapata az EBL-t úgy vizsgálta meg, hogy 150 blazár gamma-sugarait vizsgálta, amelyek az univerzum legintenzívebb jelenségei. Rendkívül energikus fekete lyukak által üzemeltetett galaxisok: energiájuk meghaladja a 3 milliárd elektronvolta (GeV), vagy a látható fény energiájának több mint egymilliárdszorosait.
A csillagászok négy éves Fermi-adatokat használtak a 10 milliárd elektronvolta (GeV) feletti energiájú gamma-sugarakra vonatkozóan, és a Fermi Nagyfelbontású Teleszkóp (LAT) eszköz az első, amely több mint 500 forrást detektált ezen az energiatartományon belül.
A gammasugárzáshoz az EBL egyfajta kozmikus ködként működik, de Fermi az univerzum története három különböző korszakában megmérte a gamma-sugárzás abszorpciójának mennyiségét az ultraibolya és látható csillagfény által előállított blazar spektrumokban.
Fermi az univerzum három különféle korszakában megmérte a gamma-sugárzás abszorpcióját az ultraibolya és látható csillagfény által előállított blazar spektrumokban. (Hitel: a NASA Goddard űrrepülési központja)
"Mivel eddig több mint ezerrel detektáltak, a legkisebb forrás a Fermi, de ezekben az energiákban a gamma-sugarak ritkán vannak, ezért négy évnyi adat szükséges az elemzés elvégzéséhez" - mondta a csapat tagja Justin Finke, a washingtoni Tengerészeti Kutatólaboratórium asztrofizikusa.
A blazar fúvókákban előállított gamma sugarak milliárd fényév alatt átjutnak a Földre. Utazásuk során a gammasugarak átmennek a csillagok által kibocsátott látható és ultraibolya fény egyre növekvő ködén, amely az egész világegyetem történetében kialakult.
Időnként a gammasugár összecsap a csillagfénygel és részecskékré alakul át - egy elektron és annak antianyag-párja, egy pozitron. Ha ez megtörténik, a gammasugár elveszik. Valójában a folyamat tompítja a gammasugár jelet ugyanúgy, mint a köd tompítja a távoli világítótornyot.
A közeli fényszórókkal foglalkozó tanulmányok alapján a tudósok meghatározták, hogy hány gammasugarat bocsátanak ki különböző energiákkal. A távolabbi blazárok kevesebb gamma-sugarat mutatnak magasabb energiáknál - különösen 25 GeV felett -, a kozmikus köd általi abszorpciónak köszönhetően.
A kutatók ezután meghatározták az átlagos gamma-sugárzás csillapítást három távolságtartományban: A legközelebbi csoport az univerzum 11,2 éves korától volt, a középső csoport akkor, amikor az univerzum 8,6 milliárd éves volt, és a legtávolabbi csoport az univerzum idejétől. 4,1 milliárd éves.
Ez az animáció számos gamma-sugarat nyomon követi a térben és az időben, a távoli blazár sugárzásában való sugárzástól kezdve a Fermi nagyteljesítményű teleszkópjába (LAT) érkezéséig. Utazásuk során a véletlenszerűen mozgó ultraibolya és optikai (kék) fotonok száma növekszik, mivel egyre több csillag születik az univerzumban. Végül az egyik gammasugár csillagfény fotonnal találkozik, és a gammasugár elektronmá és pozitronná alakul. A fennmaradó gamma-sugár fotonok érkeznek a Fermi-be, kölcsönhatásba lépnek a LAT-ban levő volfrámlemezekkel, és olyan elektronokat és pozitronokat állítanak elő, amelyek detektoron keresztüli útja lehetővé teszi a csillagászok számára, hogy a gamma-sugarakat visszavegyék a forrásukra.
Ebből a mérésből a tudósok meg tudták becsülni a köd vastagságát.
"Ezek az eredmények mind a felső, mind az alsó korlátot megadják az univerzumban levő fénymennyiségnek és a kialakult csillagoknak" - mondta Finke a mai sajtótájékoztatón. "A korábbi becslések csak egy felső korlátot jelentettek."
És a felső és az alsó határ nagyon közel áll egymáshoz - mondta Volker Bromm, az austini texasi egyetemi csillagász, aki kommentálta az eredményeket. "A Fermi-eredmények izgalmas lehetőséget kínálnak a kozmikus csillagképződés legkorábbi időszakának korlátozására, ezáltal megindítva a NASA James Webb Űrtávcsőjét" - mondta. "Egyszerűen fogalmazva, a Fermi az első csillagok árnyékképét nyújtja nekünk, míg Webb közvetlenül észleli őket."
Az extragalaktikus háttérvilágítás mérése volt az egyik elsődleges küldetési cél Fermi számára, és Ajello szerint az eredmények döntő jelentőségűek a kozmológia számos nagy kérdésének megválaszolásában.
Az eredményeket leíró papírt csütörtökön tették közzé a Science Express oldalon.
Forrás: NASA
