Šajā grafikā parādītas 150 zaru (zaļu punktu) atrašanās vietas, ko Fermi gamma-staru teleskopā izmantoja jaunajā. Kredīts: NASA / DOE / Fermi LAT sadarbība
Visa gaisma, ko radījusi ikviena jebkad pastāvējusi zvaigzne, joprojām atrodas, taču to ir ļoti grūti “ieraudzīt” un precīzi izmērīt. Tagad astronomi, kas izmantoja NASA Fermi gamma staru kosmiskā teleskopa datus, varēja aplūkot attālus zibspuldzes, lai palīdzētu izmērīt fona apgaismojumu no visām zvaigznēm, kuras mirdz tagad un kādreiz. Tas ļāva visprecīzāk mērīt zvaigžņu gaismu visā Visumā, kas savukārt palīdz noteikt visu zvaigžņu kopskaitu, kas jebkad spīdējis.
"Zvaigžņu optiskā un ultravioletā gaisma turpina ceļot visā Visumā, pat pēc tam, kad zvaigznes vairs nespīd, un tas rada fosilā starojuma lauku, kuru mēs varam izpētīt, izmantojot gamma starus no tāliem avotiem," sacīja vadošais zinātnieks Marko Ajello no Kavli institūta Daļiņu astrofizika un kosmoloģija Stenfordas universitātē Kalifornijā un Kosmosa zinātņu laboratorijā Kalifornijas universitātē Bērklijā.
Viņu rezultāti arī nodrošina zvaigžņu blīvumu kosmosā apmēram 1,4 zvaigznes uz 100 miljardiem kubikmetru gaismas gadu, kas nozīmē, ka vidējais attālums starp zvaigznēm Visumā ir aptuveni 4150 gaismas gadu.
Kopējo zvaigžņu gaismas daudzumu kosmosā sauc par ekstragalaktisko fona gaismu (EBL), un Ajello un viņa komanda izpētīja EBL, pētot gamma starus no 150 zarajiem stariem, kas ir vienas no enerģētiskākajām parādībām Visumā. Tās ir galaktikas, kuras darbina ārkārtīgi enerģētiski melnie caurumi: to enerģija pārsniedz 3 miljardus elektronu voltu (GeV) vai vairāk nekā miljardu reižu ir redzamās gaismas enerģija.
Astronomi četrus gadus izmantoja Fermi datus par gamma stariem, kuru enerģija pārsniedz 10 miljardus elektronu voltu (GeV), un Fermi liela apgabala teleskopa (LAT) instruments ir pirmais, kas šajā enerģijas diapazonā atklāja vairāk nekā 500 avotus.
Lai iegūtu gamma starus, EBL darbojas kā sava veida kosmiskā migla, bet Fermi nomērīja gamma staru absorbcijas daudzumu blazāra spektros, ko rada ultravioletais un redzamais zvaigžņu apgaismojums trīs dažādos laikos Visuma vēsturē.
Fermi izmērīja gamma starojuma absorbcijas daudzumu blazāra spektros, ko rada ultravioletais un redzamais zvaigžņu apgaismojums trīs dažādos laikos Visuma vēsturē. (Kredīts: NASA Goddard kosmisko lidojumu centrs)
"Tā kā līdz šim ir atklāts vairāk nekā tūkstotis, melnie starojumi ir visizplatītākie avoti, ko atklājis Fermi, bet gamma stariem pie šīm enerģijām ir maz un tālu starp citu, tāpēc šīs analīzes veikšanai bija nepieciešami četri gadi datu," sacīja komandas loceklis Džastins Finke, Vašingtonas Jūras pētniecības laboratorijas astrofiziķis.
Blazāra strūklās radītie gamma stari uz Zemi pārvietojas miljardiem gaismas gadu. Ceļojuma laikā gamma stari iziet cauri arvien pieaugošai redzamās un ultravioletās gaismas miglai, ko izstaro zvaigznes, kas veidojušās visā Visuma vēsturē.
Reizēm gamma starojums saduras ar zvaigžņu gaismu un pārvēršas daļiņu pārī - elektronā un tā antimateriāla pārī - pozitronā. Kad tas notiek, gamma staru gaisma tiek zaudēta. Faktiski process slāpē gamma staru signālu tādā pašā veidā, kā migla aptumšo tālo bāku.
Pētījumos, kas saistīti ar blakus esošajiem žagariem, zinātnieki ir noteikuši, cik gamma staru vajadzētu izstarot ar dažādu enerģiju. Tālāki blazāri rāda mazāk gamma staru pie augstākas enerģijas - īpaši virs 25 GeV - pateicoties absorbcijai kosmiskajā miglā.
Pēc tam pētnieki noteica vidējo gamma starojuma vājinājumu trīs attālumu diapazonos: tuvākā grupa bija no brīža, kad Visums bija 11,2 gadus vecs, vidējā grupa, kad Visums bija 8,6 miljardi gadu vecs, un vistālākā grupa, sākot no brīža, kad Visums bija 4,1 miljards gadu vecs.
Šī animācija izseko vairākus gamma starus telpā un laikā, sākot ar to izstarošanu tālākā blazāra strūklā līdz brīdim, kad viņi nonāk Fermi lielā apgabala teleskopā (LAT). Ceļojuma laikā nejauši pārvietojas ultravioleto un optisko (zilo) fotonu skaits, jo Visumā dzimst arvien vairāk zvaigžņu. Galu galā viens no gamma stariem sastopas ar zvaigžņu gaismas fotonu, un gamma stars pārvēršas elektronā un pozitronā. Atlikušie gamma-starojuma fotoni nonāk Fermi, mijiedarbojas ar LAT volframa plāksnēm un rada elektronus un pozitronus, kuru ceļš cauri detektoram ļauj astronomiem novirzīt gamma starus uz to avotu.
Pēc šī mērījuma zinātnieki varēja noteikt miglas biezumu.
"Šie rezultāti dod gan augšējo, gan apakšējo robežu gaismas skaitam Visumā un veidojušos zvaigžņu daudzumam," šodien sacīja Finke preses brīfingā. "Iepriekšējās aplēses ir bijušas tikai augšējā robeža."
Un augšējā un apakšējā robeža ir ļoti tuvu viena otrai, sacīja Ostins Bromms, Teksasas Universitātes Ostinas astronoms, kurš komentēja atklājumus. "Fermi rezultāts paver aizraujošu iespēju ierobežot kosmisko zvaigžņu veidošanās agrāko periodu, tādējādi dodot iespēju NASA Džeimsa Veba kosmiskajam teleskopam," viņš teica. "Vienkārši runājot, Fermi mums sniedz pirmo zvaigžņu ēnu attēlu, turpretī Vebs tos tieši atklāj."
Ārgalaktiskā fona apgaismojuma mērīšana bija viens no Fermi galvenajiem misijas mērķiem, un Ajello sacīja, ka atradumiem ir izšķiroša nozīme, lai palīdzētu atbildēt uz vairākiem lieliem jautājumiem kosmoloģijā.
Pētījums, kurā aprakstīti atklājumi, tika publicēts ceturtdien žurnālā Science Express.
Avots: NASA
