Acest complot arată locațiile a 150 de blazare (puncte verzi) utilizate în noul telescop Fermi Gamma-Ray. Credit: colaborare LAT NASA / DOE / Fermi
Toată lumina produsă de fiecare stea care a existat vreodată este încă acolo, dar „a o vedea” și a o măsura cu precizie este extrem de dificilă. Acum, astronomii care folosesc date de la Telescopul spațial Gamma cu raze gamma al NASA au putut să privească blaze îndepărtate pentru a ajuta la măsurarea luminii de fundal de la toate stelele care strălucesc acum și mereu. Aceasta a permis măsurarea cea mai precisă a luminii stelare din univers, care la rândul său ajută la stabilirea limitelor la numărul total de stele care au strălucit vreodată.
„Lumina optică și ultravioleta de la stele continuă să călătorească prin univers, chiar și după ce stelele încetează să strălucească, iar acest lucru creează un câmp de radiații fosile pe care îl putem explora folosind raze gamma din surse îndepărtate”, a spus omul de știință principal Marco Ajello, de la Institutul Kavli pentru Astrofizică și cosmologie de particule la Universitatea Stanford din California și Laboratorul de Științe Spațiale la Universitatea California din Berkeley.
Rezultatele lor asigură, de asemenea, o densitate stelară în cosmos de aproximativ 1,4 stele la 100 de miliarde de ani cubi, ceea ce înseamnă că distanța medie între stele din univers este de aproximativ 4.150 de ani-lumină.
Suma totală a luminii stelare din cosmos se numește lumina extragalactică de fundal (EBL), iar Ajello și echipa sa au investigat EBL studiind razele gamma de la 150 de blaze, care sunt printre cele mai energice fenomene din univers. Sunt galaxii alimentate de găuri negre extrem de energice: au energii mai mari de 3 miliarde de electroni volți (GeV) sau de peste un miliard de ori energia luminii vizibile.
Astronomii au folosit patru ani de date Fermi cu privire la razele gamma cu energii de peste 10 miliarde de volți de electroni (GeV), iar instrumentul Telescop de suprafață mare (LAT) este primul care a detectat peste 500 de surse în acest interval de energie.
În ceea ce privește razele gamma, EBL funcționează ca un fel de ceață cosmică, dar Fermi a măsurat cantitatea de absorbție de raze gamma în spectrele blazar produse de lumina ultravioletă și vizibilă în trei epoci diferite din istoria universului.
Fermi a măsurat cantitatea de absorbție de raze gamma în spectrele blazar produse de lumina ultravioletă și lumina vizibilă la trei epoci diferite din istoria universului. (Credit: Centrul de zbor al spațiului Goddard al NASA)
„Cu mai mult de o mie de detectate până în prezent, blazars sunt cele mai comune surse detectate de Fermi, dar razele gamma la aceste energii sunt puține și între ele, motiv pentru care a fost nevoie de patru ani de date pentru a face această analiză”, a spus membrul echipei. Justin Finke, astrofizician la Laboratorul de Cercetări Navale din Washington.
Razele gamma produse în jeturi blazar călătoresc de-a lungul a miliarde de ani-lumină pe Pământ. În timpul călătoriei lor, razele gamma trec printr-o ceață din ce în ce mai mare de lumină vizibilă și ultravioletă emisă de stele care s-a format de-a lungul istoriei universului.
Ocazional, o rază gamma se ciocnește cu lumina stelară și se transformă într-o pereche de particule - un electron și omologul său antimaterial, un pozitron. Odată ce acest lucru se produce, lumina razelor gamma se pierde. De fapt, procesul amortizează semnalul de raze gamma în același mod în care ceața întunecă un far îndepărtat.
Din studiile efectuate asupra blazelor din apropiere, oamenii de știință au stabilit câte raze gamma trebuie emise la diferite energii. Blazarele mai îndepărtate prezintă mai puține raze gamma la energii mai mari - în special peste 25 GeV - datorită absorbției din ceața cosmică.
Cercetătorii au determinat apoi atenuarea medie a razelor gamma pe trei intervale de distanță: Cel mai apropiat grup a fost de când universul avea 11,2 ani, un grup mediu de când Universul avea 8,6 miliarde de ani și cel mai îndepărtat grup de când Universul era 4,1 miliarde de ani.
Această animație urmărește mai multe raze gamma prin spațiu și timp, de la emisia lor în jetul unui blazar îndepărtat până la sosirea lor în Telescopul de suprafață mare (LAT) al Fermi. În timpul călătoriei, numărul fotonilor ultraviolete și optice cu mișcare aleatorie (albastru) crește pe măsură ce tot mai multe stele se nasc în univers. În cele din urmă, una dintre razele gamma întâlnește un foton de lumină stelară și raza gamma se transformă într-un electron și într-un pozitron. Restul fotonilor cu raze gamma ajung la Fermi, interacționează cu plăcile de tungsten din LAT și produc electroni și pozitroni ale căror căi prin detector le permite astronomilor să retragă razele gamma către sursa lor.
În urma acestei măsurători, oamenii de știință au putut estima grosimea ceții.
„Aceste rezultate vă oferă atât o limită superioară cât și cea mai mică a cantității de lumină din Univers și a cantității de stele care s-au format”, a declarat Finke în cadrul unui briefing de presă astăzi. „Estimările anterioare au fost doar o limită superioară.”
Și limitele superioare și inferioare sunt foarte apropiate unele de altele, a spus Volker Bromm, astronom la Universitatea din Texas, Austin, care a comentat concluziile. "Rezultatul Fermi deschide posibilitatea interesantă de a restrânge cea mai timpurie perioadă de formare a stelelor cosmice, stabilind astfel stadiul pentru Telescopul spațial James Webb al NASA", a spus el. „În termeni simpli, Fermi ne oferă o imagine în umbră a primelor stele, în timp ce Webb le va detecta direct.”
Măsurarea luminii de fundal extragalactice a fost unul dintre obiectivele primare ale misiunii pentru Fermi, iar Ajello a spus că concluziile sunt cruciale pentru a ajuta la răspunsul la o serie de mari întrebări în cosmologie.
O lucrare care descrie concluziile a fost publicată joi pe Science Express.
Sursa: NASA
