Na ovoj su se ploči prikazani položaji 150 blazara (zelenih točkica) koje je u novom teleskopu koristio teleskop Fermi Gamma-Ray. Zasluga: NASA / DOE / Fermi LAT suradnja
Sva svjetlost koju je proizvela svaka zvijezda koja je ikada postojala još je uvijek vani, ali „vidjeti“ i precizno izmjeriti je izuzetno teško. Sada su astronomi pomoću podataka s NASA-inog svemirskog teleskopa Fermi mogli pogledati udaljene blazare kako bi pomogli u mjerenju pozadinske svjetlosti svih zvijezda koje svijetle sada i ikad su bile. To je omogućilo najpreciznije mjerenje zvijezde svjetlosti u cijelom svemiru, što zauzvrat pomaže uspostaviti ograničenja za ukupan broj zvijezda koje su ikada zasjale.
"Optička i ultraljubičasta svjetlost zvijezda i dalje putuje svemirom čak i nakon što zvijezde prestanu sijati, a to stvara polje fosilnog zračenja koje možemo istražiti pomoću gama zraka iz udaljenih izvora", rekao je glavni znanstvenik Marco Ajello s Instituta Kavli za Astrofizika i kozmologija čestica na Sveučilištu Stanford u Kaliforniji i Laboratorij svemirskih znanosti na Kalifornijskom sveučilištu u Berkeleyu.
Njihovi rezultati također pružaju zvjezdanu gustoću u kosmosu od oko 1,4 zvijezde na 100 milijardi kubičnih svjetlosnih godina, što znači da je prosječna udaljenost između zvijezda u svemiru oko 4.150 svjetlosnih godina.
Ukupni zbroj zvjezdanog svjetla u kosmosu naziva se ekstragalaktička pozadinska svjetlost (EBL), a Ajello i njegov tim istražili su EBL proučavajući gama zrake od 150 blazara, koji su među najenergičnijim fenomenima u svemiru. Oni su galaksije koje pokreću izuzetno energetske crne rupe: imaju energiju veću od 3 milijarde elektronskih volti (GeV) ili više od milijardu puta veću od energije vidljive svjetlosti.
Astronomi su koristili četverogodišnje Fermijeve podatke o gama zrakama s energijom većom od 10 milijardi elektronskih volti (GeV), a instrument Fermi velikog teleskopa (LAT) prvi je koji je otkrio više od 500 izvora u ovom energetskom rasponu.
Za gama zrake, EBL funkcionira kao svojevrsna kozmička magla, ali Fermi je mjerio količinu apsorpcije gama zraka u blazar spektrima proizvedenim ultraljubičastim i vidljivim zvjezdanim svjetlima u tri različite epohe u povijesti svemira.
Fermi je mjerio količinu apsorpcije gama zraka u blazar spektrima proizvedenim ultraljubičastim i vidljivim zvjezdanim svjetlima u tri različite epohe u povijesti svemira. (Zasluga: NASA-in Goddard Centar za svemirske letove)
"S više od tisuću otkrivenih do sada, blazari su najčešći izvori koje je detektirao Fermi, ali gama zraka kod tih energija su malo i daleko između, pa je za analizu bilo potrebno četiri godine podataka", rekao je član tima Justin Finke, astrofizičar u Pomorskom istraživačkom laboratoriju u Washingtonu.
Gama zrake proizvedene u blazar zrakoplovima putuju na Zemlju milijarde svjetlosnih godina. Tijekom svog putovanja gama zrake prolaze kroz sve veću maglu vidljive i ultraljubičaste svjetlosti koju emitiraju zvijezde koje su se formirale kroz povijest svemira.
Povremeno se gama zraka sudara sa zvjezdanom svjetlošću i pretvara se u par čestica - elektron i njegov antimaterijski kolega, pozitron. Jednom kada se to dogodi, svjetlost gama zraka se gubi. Zapravo, proces prigušuje signal gama zraka na gotovo isti način kao što magla zatamnjuje udaljeni svjetionik.
Znanstvenim istraživanjima bliskih blazara utvrđeno je koliko gama zraka treba emitirati pri različitim energijama. Udaljeniji blazari pokazuju manje gama zraka pri višim energijama - posebno iznad 25 GeV - zahvaljujući apsorpciji kozmičke magle.
Tada su istraživači utvrdili prosječno prigušivanje gama zraka u tri raspona udaljenosti: Najbliža grupa je bila iz vremena kada je svemir bio star 11,2 godine, srednja skupina kada je Svemir bio star 8,6 milijardi godina, i najudaljenija grupa iz vremena kada je Svemir bio 4,1 milijarda godina.
Ova animacija prati nekoliko gama zraka kroz prostor i vrijeme, od njihove emisije mlazom dalekog blazara do njihovog dolaska u Fermijev teleskop velikog područja (LAT). Tijekom njihovog putovanja povećava se broj nasumično pokretnih ultraljubičastih i optičkih fotona (plava) kako se u svemiru rađa sve više zvijezda. Na kraju, jedna od gama zraka naiđe na foton zvjezdane svjetlosti i gama se zraka transformira u elektron i pozitron. Preostali fotoni gama zraka dolaze u Fermi, komuniciraju s volframovim pločama u LAT-u i stvaraju elektrone i pozitrone čiji put kroz detektor omogućava astronomima da povuku gama zrake do njihovog izvora.
Pomoću ovog mjerenja, znanstvenici su mogli procijeniti debljinu magle.
"Ovi rezultati daju vam i gornju i donju granicu količine svjetlosti u Svemiru i količine zvijezda koje su se formirale", rekao je Finke tijekom današnjeg brifinga. "Ranije su procjene bile samo gornja granica."
I gornja i donja granica vrlo su blizu jedna drugoj, rekao je Volker Bromm, astronom sa Sveučilišta u Teksasu, Austin, koji je komentirao nalaze. "Rezultat Fermija otvara uzbudljivu mogućnost ograničavanja najranijeg razdoblja formiranja kozmičkih zvijezda, postavljajući na taj način NASA-in svemirski teleskop James Webb", rekao je. "Jednostavno rečeno, Fermi nam pruža sliku sjene prvih zvijezda, dok će ih Webb izravno detektirati."
Mjerenje ekstragalaktičke pozadinske svjetlosti bio je jedan od glavnih ciljeva misije Fermija, a Ajello je rekao da su otkrića ključna za pomoć u odgovoru na brojna velika pitanja u kozmologiji.
Dokument koji opisuje nalaze objavljen je u četvrtak na Science Expressu.
Izvor: NASA
