Tämä kuvaaja näyttää 150 merkkivalon (vihreiden pisteiden) sijainnit, joita Fermi Gamma-Ray-teleskooppi käyttää uudessa. Luotto: NASA / DOE / Fermi LAT -yhteistyö
Kaikki valot, jotka jokainen koskaan esiintynyt tähti on tuottanut, on edelleen siellä, mutta sen “näkeminen” ja tarkka mittaus on erittäin vaikeaa. Nyt NASA: n Fermi-gammasäteilyn teleskoopin tietoja käyttävät tähtitieteilijät pystyivät katsomaan kaukaisia valoteleitä auttamaan mitaamaan taustavaloa kaikista tähistä, jotka paistavat nyt ja koskaan. Tämä mahdollisti tähtivalon tarkemman mittauksen koko maailmankaikkeudessa, mikä puolestaan auttaa asettamaan rajat koskaan loistuneiden tähtijen kokonaismäärälle.
"Tähteiden optinen ja ultraviolettivalo kulkee edelleen ympäri maailmankaikkeutta, vaikka tähdet eivät enää loista, ja tämä luo fossiilisäteilykentän, jota voimme tutkia käyttämällä kaukaisten lähteiden gammasäteitä", sanoi Kavlin instituutin johtava tutkija Marco Ajello. Hiukkasastrofysiikka ja kosmologia Stanfordin yliopistossa Kaliforniassa ja avarustieteiden laboratoriossa Kalifornian yliopistossa Berkeleyssä.
Niiden tulokset antavat myös tähtitiheyden kosmossa noin 1,4 tähteä 100 miljardia kuutiometriä valovuotta kohti, mikä tarkoittaa, että keskimääräinen etäisyys tähtijen välillä maailmankaikkeudessa on noin 4150 valovuotta.
Tähtivalon kokonaismäärää kosmossa kutsutaan ekstragalaktiseksi taustavaloksi (EBL), ja Ajello ja hänen tiiminsä tutkivat EBL: ää tutkimalla gammasäteitä 150 blazaarista, jotka ovat maailmankaikkeuden energisimpia ilmiöitä. Ne ovat erittäin energisten mustien reikien käyttämiä galakseja: niiden energiat ovat yli 3 miljardia elektronista volttia (GeV) tai yli miljardi kertaa näkyvän valon energiaa.
Tähtitieteilijät käyttivät neljän vuoden Fermi-tietoja gammasäteistä, joiden energiat olivat yli 10 miljardia elektronista volttia (GeV), ja Fermi Large Area Telescope (LAT) -laite on ensimmäinen, joka havaitsee yli 500 lähdettä tällä energiaalueella.
Gammasäteisiin EBL toimii eräänlaisena kosmisen sumua, mutta Fermi mittasi gammasäteilyn määrän ultravioletti- ja näkyvän tähtivalon tuottamissa blazar-spektrissä kolmella eri ajanjaksolla maailmankaikkeuden historiassa.
Fermi mittasi gammasäteilyn määrää ultravioletti- ja näkyvän tähtivalon tuottamissa blazar-spektrissä kolmella eri ajanjaksolla maailmankaikkeuden historiassa. (Hyvitys: NASA: n Goddard-avaruuslentokeskus)
"Kun toistaiseksi on havaittu yli tuhat, blazarit ovat Fermin havaitsemia yleisimpiä lähteitä, mutta gammasäteitä näissä energioissa on vähän ja kaukana, siksi tämän analyysin tekemiseen kului neljä vuotta tietoa", tiimin jäsen sanoi. Justin Finke, astrofysiikko Washingtonin merivoimien tutkimuslaboratoriossa.
Blazar-suihkukoneissa tuotetut gammasäteet kulkevat miljardeja valovuosia maan päälle. Matkansa aikana gammasäteet kulkevat koko maailmankaikkeuden historian aikana muodostuneiden tähtien lähettämän näkyvän ja ultraviolettivalon kasvavan sumun läpi.
Toisinaan gammasäde törmää tähtivaloon ja muuttuu hiukkaspariksi - elektroni ja sen antimaterian vastine, positroni. Kun tämä tapahtuu, gammasäteilyvalo häviää. Itse asiassa prosessi vaimentaa gammasäteen signaalia samalla tavalla kuin sumu himmentää kaukaista majakkaa.
Läheisten valonheittimien tutkimuksista tutkijat ovat määritelleet kuinka monta gammasätettä tulisi säteillä eri energioilla. Kauemmat bleiserit osoittavat vähemmän gammasäteitä korkeammilla energioilla - etenkin yli 25 GeV: n - kosmisen sumun absorboitumisen ansiosta.
Tutkijat määrittivät sitten keskimääräisen gammasäteilyn vaimennuksen kolmella etäisyysalueella: Lähin ryhmä oli silloin, kun maailmankaikkeus oli 11,2 vuotta vanha, keskiryhmä silloin, kun maailmankaikkeus oli 8,6 miljardia vuotta vanha, ja kauimpana ryhmä, kun universumi oli 4,1 miljardia vuotta vanha.
Tämä animaatio seuraa useita gammasäteitä tilan ja ajan läpi, alkaen niiden säteilystä kaukaisen blazarin suihkussa heidän saapumiseensa Fermin laajalle kaukoputkeen (LAT). Matkansa aikana satunnaisesti liikkuvien ultravioletti- ja optisten fotonien (sininen) lukumäärä kasvaa, kun yhä enemmän tähtiä syntyy maailmankaikkeudessa. Lopulta yksi gammasäteistä kohtaa tähtivalon fotonin ja gammasäte muuttuu elektroniksi ja positroniksi. Jäljellä olevat gammasäteilyfotonit saapuvat Fermiin, ovat vuorovaikutuksessa LAT: n volframilevyjen kanssa ja tuottavat elektronit ja positronit, joiden kulku detektorin läpi antaa astronomien mahdollisuuden seurata gammasäteitä lähteelleen.
Tämän mittauksen perusteella tutkijat pystyivät arvioimaan sumun paksuuden.
"Nämä tulokset antavat sinulle sekä ylä- että alarajan valon määrälle maailmankaikkeudessa ja muodostuneiden tähtiä", Finke sanoi tänään lehdistötilaisuudessa. "Aiemmat arviot ovat olleet vain yläraja."
Ja ylä- ja alarajat ovat hyvin lähellä toisiaan, sanoi Austinin Teksasin yliopiston tähtitieteilijä Volker Bromm kommentoidessaan havaintoja. "Fermin tulos avaa jännittävän mahdollisuuden rajoittaa kosmisen tähden muodostumisen varhaisinta ajanjaksoa, mikä asettaa aseman NASA: n James Webbin avaruusteleskooppille", hän sanoi. "Yksinkertaisesti sanottuna Fermi tarjoaa meille varjon kuvan ensimmäisistä tähtiistä, kun taas Webb havaitsee ne suoraan."
Extragalaktisen taustavalon mittaaminen oli Fermin ensisijainen tehtävätavoite, ja Ajello sanoi, että havainnot ovat ratkaisevan tärkeitä autettaessa vastaamaan moniin kosmologian suuriin kysymyksiin.
Tuloksia kuvaava artikkeli julkaistiin torstaina Science Expressissä.
Lähde: NASA
