Šiame paveiksle pavaizduota 150 garsiakalbių (žalių taškų), naudojamų naujajame „Fermi gamma-spindulio“ teleskopu. Kreditas: NASA / DOE / Fermi LAT bendradarbiavimas
Visa šviesa, kurią sukūrė kiekviena kada nors egzistavusi žvaigždė, tebėra lauke, tačiau ją „pamatyti“ ir tiksliai išmatuoti yra nepaprastai sunku. Dabar astronomai, naudodamiesi NASA Fermi gama spinduliuotės teleskopo duomenimis, galėjo pažvelgti į tolimus judesius, kad padėtų išmatuoti foninį apšvietimą iš visų žvaigždžių, kurios šviečia dabar ir kada nors buvo. Tai leido tiksliausiai išmatuoti žvaigždžių šviesą visoje visatoje, o tai savo ruožtu padeda nustatyti visų kada nors spindėjusių žvaigždžių skaičių.
„Žvaigždžių optinė ir ultravioletinė šviesa toliau sklinda po visą visatą, net ir nustojus žvaigždėms spindėti, sukuriamas iškastinio radiacijos laukas, kurį galime ištirti naudodamiesi gama spindulius iš tolimų šaltinių“, - teigė vadovaujantis mokslininkas Marco Ajello iš Kavli instituto. Dalelių astrofizika ir kosmologija Stanfordo universitete Kalifornijoje ir Kosmoso mokslų laboratorijoje Kalifornijos universitete Berkeley.
Jų rezultatai taip pat suteikia žvaigždžių tankį kosmose apie 1,4 žvaigždės 100 milijardų kubinių šviesmečių, tai reiškia, kad vidutinis atstumas tarp žvaigždžių Visatoje yra apie 4150 šviesmečių.
Bendra žvaigždės šviesos suma kosmose vadinama ekstragalaktiniu foniniu apšvietimu (EBL), o Ajello ir jo komanda ištyrė EBL tyrinėdami gama spindulius iš 150 blazurų, kurie yra vieni energingiausių visatos reiškinių. Tai galaktikos, kurias maitina ypač energingos juodosios skylės: jų energija yra didesnė kaip 3 milijardai elektronų voltų (GeV) arba daugiau nei milijardą kartų didesnė už matomos šviesos energiją.
Astronomai panaudojo ketverių metų Fermi duomenis apie gama spindulius, kurių energija viršija 10 milijardų elektronų voltų (GeV), o Fermi didelio ploto teleskopo (LAT) prietaisas yra pirmasis, aptikęs daugiau nei 500 šaltinių šiame energijos diapazone.
Gama spinduliams EBL veikia kaip savotiškas kosminis rūkas, tačiau Fermi išmatuojo gama spinduliuotės absorbcijos tūrį blazaro spektruose, kuriuos sukuria ultravioletiniai ir matomi žvaigždės spinduliai trimis skirtingais visatos istorijos laikotarpiais.
Fermi išmatavo gama spinduliuotės absorbcijos kiekį blazaro spektruose, kuriuos sukuria ultravioletiniai ir matomi žvaigždės spinduliai, trimis skirtingais visatos istorijos laikotarpiais. (Kreditas: NASA Goddardo kosminių skrydžių centras)
„Iki šiol aptikus daugiau nei tūkstantį,„ Fermi “aptinkami blazarai, tačiau šių energijų gama spinduliai yra nedaug ir tarp šių priežasčių, todėl šiai analizei prireikė ketverių metų duomenų“, - teigė komandos narys. Justinas Finke, jūrų laivybos tyrimų laboratorijos Vašingtone astrofizikas.
Gazos spinduliai, skleidžiami blazaro purkštukuose, į Žemę keliauja milijardais šviesmečių. Kelionės metu gama spinduliai praeina pro vis didėjantį žvaigždžių skleidžiamos matomos ir ultravioletinės šviesos rūką, susiformavusį per visą Visatos istoriją.
Kartais gama spindulys susiduria su žvaigždės šviesa ir virsta dalelių pora - elektronu ir jo antimaterijos atitikmeniu, pozitronu. Tai įvykus, prarandama gama spinduliuotės šviesa. Iš tikrųjų procesas slopina gama spinduliuotės signalą panašiai, kaip rūkas pritemdo tolimą švyturį.
Iš netoliese esančių garsiakalbių tyrimų mokslininkai nustatė, kiek gama spindulių turėtų būti skleidžiama skirtingomis energijomis. Dėl atokesnių blazarų atsiranda mažiau gama spindulių, esant aukštesnei energijai - ypač aukštesnei nei 25 GeV - dėl kosminio rūko absorbcijos.
Tuomet tyrėjai nustatė vidutinį gama spinduliuotės silpnėjimą trijuose atstumų diapazonuose: Artimiausia grupė buvo tada, kai Visatai buvo 11,2 metų, vidutinė grupė, kai Visata buvo 8,6 milijardo metų, ir tolimiausia grupė, nuo tada, kai Visata buvo. 4,1 milijardo metų.
Ši animacija seka kelis gama spindulius erdvėje ir laike, pradedant jų sklidimu tolimojo blazaro srove ir baigiant atvykimu į Fermi didžiojo lauko teleskopą (LAT). Jų kelionės metu atsitiktinai judančių ultravioletinių ir optinių fotonų (mėlynos spalvos) skaičius padidėja, nes visatoje gimsta vis daugiau žvaigždžių. Galų gale vienas iš gama spindulių susiduria su žvaigždės fotonu ir gama spindulys virsta elektronu ir pozitronu. Likę gama spinduliuotės fotonai patenka į „Fermi“, sąveikauja su volframo plokštelėmis LAT ir sukuria elektronus ir pozitronus, kurių keliai per detektorių leidžia astronomams atpažinti gama spindulius į jų šaltinį.
Remdamiesi šiuo matavimu, mokslininkai sugebėjo įvertinti rūko storį.
„Šie rezultatai suteikia tiek viršutinę, tiek apatinę šviesos visatos ir susidariusių žvaigždžių kiekio ribą“, - šiandien sakė spaudos konferencijos metu Finke'as. „Ankstesni įvertinimai buvo tik viršutinė riba“.
Viršutinė ir apatinė ribos yra labai arti viena kitos, - pastebėjimus komentavo Teksaso Ostino universiteto astronomas Volkeris Brommas. „„ Fermi “rezultatas atveria jaudinančią galimybę apriboti ankstyviausią kosminių žvaigždžių formavimosi periodą ir taip parodyti pagrindą NASA Džeimso Webbo kosminiam teleskopui“, - sakė jis. „Paprastai tariant,„ Fermi “mums pateikia šešėlių pirmųjų žvaigždžių atvaizdą, o Webbas jas tiesiogiai aptinka“.
Išmatuoti ekstragalaktinį foninį apšvietimą buvo vienas iš svarbiausių Fermi misijos tikslų, o Ajello teigė, kad išvados yra lemiamos norint padėti atsakyti į daugelį didelių kosmologijos klausimų.
Rezultatus apibūdinantis dokumentas buvo paskelbtas ketvirtadienį „Science Express“.
Šaltinis: NASA
