星光几何？

星光几何？

作者：PATRICK J. KIGER

先说结果：4,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000, 000,000,000,000,000,000,000, 000,000,000,000,000,000,000

这个数量指的是光子的数量，4 x 10^84个。可观测宇宙内星光内的光子量 — 据克莱姆森大学科学学院天体物理学家Marco Ajello领导的一组研究人员称，可观测宇宙中所有恒星发出的光都可以追溯到这个拥有137亿年历史的宇宙已经存在了10亿年的时间内。

该结果基于对NASA的10年历史的费米伽玛射线太空望远镜数据的分析，这使得研究人员能够编撰宇宙大部分时间内恒星形成的历史。

科学家们在2018年11月30日发表在《科学》杂志上的一篇论文中详细介绍了他们的研究结果，其中Ajello为主要作者。

测量宇宙大部分历史星光需要相当的聪明才智。正如Ajello在评论中所解释的那样，星星发出的光总量由两种类型组成。他写道：“一种是未被宇宙尘埃吸收的恒星光线。这就是我们测量的结果。其余的是被尘埃吸收的恒星光线，并以红外线重新发射。我们对此并不敏感。事实证明，宇宙历史中恒星发出的能量的一半被重新处理，由更长(红外)波长的星光组成。“

天空充满了很久以前遥远恒星发射的光子 – 这被称为河外背景光，或EBL。尽管如此，除了来自我们银河系的星星还有我们的月亮之外，我们眼中的天空看起来是黑暗的。根据Ajello的说法，这是因为大部分来自宇宙其余部分的星光都非常微弱 – 相当于一个60瓦的灯泡，在距离大约250万英里外安静发光。

正如《科学》里解释的那样，为了解决这个问题，Ajello和他的团队仔细研究了费米望远镜10年的数据，并研究了EBL与遥远的耀变体发射的伽马射线的相互作用。研究人员通过与EBL光子的碰撞计算了这些耀变体的伽玛射线被吸收或改变的程度。

“耀变体在电磁波谱中发光，但在伽马射线波段释放大部分能量，”Ajello解释说。 “费米望远镜的大面积望远镜(LAT)能够测量从100 MeV(可见光能量的100万倍)到1 TeV(可见光能量的1万亿倍)的伽马射线。产生过程(其中两个光子产生一个电子 – 正电子对)吸收了从耀变体发出的伽马射线，它们的能量仅为~10 GeV(可见光能量的十亿倍)。所以低于这个能量，我们观察到真实的、未被吸收的耀变体输出，但是超过这个’阈值’，越来越多的来自耀变体的光子被吸收直到落回这一点(如果增加足够的能量的话)，就再也看不到耀变体了。“

“我们搜寻从0%吸收到100％吸收作为能量函数的转变，”Ajello继续说道。 “过渡开始时的能量以及从0%到100%的速度测量EBL光子的能量以及那里有多少光能。吸收越多转变就越快“。

Ajello把跟踪EBL称为天体物理学家版本的“彩虹尽头的宝藏”。EBL是彩虹，这个领域的知识最终可以揭示许多有用的信息。

Ajello解释说，恒星发出的光总量有两种类型。 “一个是恒星光线，它可以通过尘埃吸收(这是我们测量的)。其余的是被尘埃吸收并在红外线中重新发射的恒星光线(我们对此不敏感)。一半的能量在宇宙历史中被更长(红外)波长的恒星重新处理。”

研究人员的技术使他们能够观测到宇宙中恒星形成的历史，根据《华盛顿邮报》关于这项工作的文章，他们发现大爆炸后大约30亿年恒星形成达到顶峰，并且此后大幅放缓。

计数不包括宇宙存在的前十亿年中发出的星光量。“那是一个我们无法真正探索的时代，”Ajello解释道。这也是他和其他科学家期待2021年詹姆斯韦伯太空望远镜发射的原因之一，NASA称这台太空望远镜非常灵敏。

本文译自 howstuffworks，由译者 HW 基于创作共用协议(BY-NC)发布。

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