Ученые подсчитали весь свет Вселенной
Новости партнеров
Используя данные космического гамма-телескопа NASA «Fermi», ученые подсчитали количество всех когда-либо существовавших фотов во Вселенной, что поможет раскрыть историю звездообразования и в конечном итоге «добраться» до Большого Взрыва. Результаты исследования представлены в журнале Science.
«Из данных, собранных телескопом «Fermi», мы смогли измерить все количество когда-либо возникшего звездного света. Это позволило нам лучше понять процесс эволюции звезд и получить увлекательную информацию о том, как Вселенная породила свое сияющее содержимое», – рассказывает Марко Ажелло, ведущий автор исследования из Университета Клемсона (США).
Cчитается, что формирование первых звезд началось спустя несколько сотен миллионов лет после Большого Взрыва. Сейчас в наблюдаемой Вселенной зафиксировано около двух триллионов галактик и триллионы триллионов звезд. Согласно новому измерению, число фотонов (частиц видимого света), выпущенных в космос звездами, оценивается в 4×10 84 . Или иными словами: 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 фотонов.
Несмотря на огромное количество, интересно отметить, что, за исключением света, который исходит от Солнца и Млечного Пути, остальная часть звездного света, достигающая Земли, чрезвычайно тусклая и эквивалентна 60-ваттной лампочке, видимой в полной темноте с расстояния 2,5 километра. Именно поэтому ночное небо для невооруженного глаза такое темное.
Блазары и космический туман
Космический телескоп «Fermi» в июне 2018 года отметил свой 10-летний юбилей. За это время мощная обсерватория предоставила огромное количество данных о гамма-лучах и их взаимодействии с внегалактическим фоновым излучением (EBL), которое представляет собой космический туман, состоящий из всего ультрафиолетового, видимого и инфракрасного света, испускаемого звездами или пылью в их окрестностях. Ученые проанализировали почти девять лет данных о сигналах гамма-излучения 739 блазаров.
Блазары – это галактики, содержащие сверхмассивные черные дыры, которые способны производить струи энергетических частиц почти со скоростью света. Гамма-кванты, образующиеся внутри этих джетов, в конечном итоге сталкиваются с космическим туманом, оставляя наблюдаемый отпечаток. Это позволило команде измерить плотность тумана не только в конкретном месте, но и в определенный момент времени в истории Вселенной.
Гамма-фотоны, пролетающие сквозь туман звездного света, имеют большую вероятность поглощения. Измеряя, сколько фотонов было «потеряно» по дороге к Земле, ученые установили, насколько густой был туман, а также измерили как функцию времени, сколько всего света было во всем диапазоне длин волн.
Проблема далеких галактик
Одним из препятствий, с которыми сталкивались предыдущие исследования истории звездообразования во Вселенной, было то, что некоторые галактики слишком далеки или слишком слабы, чтобы быть доступными для современных телескопов. Команда сумела обойти это, используя данные «Fermi» для анализа внегалактического фона.
Звездный свет, ускользающий даже из самых отдаленных галактик, в конечном итоге становится частью EBL. Поэтому точные измерения этого космического тумана, которые только недавно стали возможными, устранили необходимость оценки выбросов света из ультрадалеких галактик.
«Используя блазары на разных расстояниях от нас, мы измерили полный звездный свет в разные периоды времени. Мы получили общий звездный свет каждой эпохи – один, два, шесть миллиардов лет назад и так далее – вплоть до момента формирования первых звезд, что позволило нам восстановить EBL и определить историю звездообразования во Вселенной наиболее эффективным образом», – пояснил Вайдехи Палия, соавтор исследования из Университета Клемсона.
От «Fermi» до «James Webb»
Когда высокоэнергетические гамма-лучи сталкиваются с низкоэнергетическим видимым светом, они превращаются в пары электронов и позитронов. Способность «Fermi» обнаруживать гамма-лучи в широком диапазоне энергий делает его уникальным для картирования космического тумана.
«Ученые давно пытались измерить EBL. Однако очень яркие объекты Солнечной системы делали это непреодолимо сложным. Наша техника нечувствительна к ближайшему свету и, таким образом, справилась с этими трудностями», – добавил Абхишек Десаи, соавтор исследования из Университета Клемсона.
Образование звезд, которое происходит при коллапсе плотных областей молекулярных облаков, достигло своего пика около 11 миллиардов лет назад. Но хотя рождение новых светил с тех пор замедлилось, оно никогда не прекращалось.
«Звездообразование – это великий космический конвеер и утилизатор энергии, материи и металлов. Это двигатель Вселенной. Без эволюции звезд у нас не было бы фундаментальных элементов, необходимых для существования жизни», – сказал Дитер Хартманн, член научной команды из Университета Клемсона.
Понимание звездообразования также имеет последствия для других областей астрономии, включая исследования космической пыли, эволюции галактик и темной материи. Анализ команды обеспечит будущие миссии, в частности, космический телескоп NASA «James Webb», материалом для изучения ранней эволюции звезд.
«Первые миллиарды лет истории Вселенной – очень интересная эпоха, которая еще не была исследована современными инструментами. Наше измерение позволяет заглянуть в глубину веков. Возможно, однажды мы найдем способ вернуться к Большому Взрыву. Это наша конечная цель», – заключил Марко Ажелло.
Источник
Сколько фотонов во Вселенной?
Фотоны — элементарные безмассовые частицы, кванты электромагнитного излучения, которые мы воспринимаем как свет. Множество фотонов попадают на окружающие нас предметы и отражаются в сетчатку нашего глаза, давая нам возможность видеть.
Казалось бы, подсчитать количество фотонов во Вселенной — задача невозможная. Но так не считают физики из университета Клемсона, США. Чтобы понять хотя бы приблизительное количество фотонов в нашем мире, необходимо учитывать все время существования Вселенной — около 13,7 млрд. лет. Ведь свет, испущенный уже давно погибшими звездами, до сих пор летит сквозь пространство.
| Рекомендуем Сколько времени живет фотон? Может ли фотон «умереть»? |
За основу расчетов ученые взяли показатели так называемого внегалактического фонового излучения (extragalactic background light — EBL), которое накапливается в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах после формирования звезд. Даже с помощью самой современной техники EBL заметить очень сложно — оно легко гасится другими излучениями, которыми буквально пронизана наша Вселенная. Но ученые нашли оригинальный способ, который все же помог проанализировать внегалактическое фоновое излучение — блазары.
| Это интересно: блазарами называются активные ядра галактик, которые испускают из своего центра огромные струи плазмы. Считается, что эти струи (или джеты) возникают при взаимодействии материи внутри аккреационного диска гигантской черной дыры внутри галактики. |
Испущенные блазарами джеты распространяются на сотни миллионов световых лет, а их излучение ослабевает по мере прохождение через EBL. Получается, что блазары, разбросанные по всему космосу, представляют собой отличную возможность изучить интенсивность и количество испущенного звездами света в различные этапы жизни Вселенной по мере ее старения и расширения. Проанализировав 739 блазара, физики смогли назвать приблизительное количество фотонов, которые существуют в нашей Вселенной: 4 x 10 84 . Или, если вам не лень считать нули:
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 фотонов.
Иллюстрация: depositphotos | yurok.a
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
Ученые подсчитали количество фотонов, излученных всеми звездами Вселенной с начала времен
Вы когда-нибудь задумывались над тем, сколько конкретно света производят все звезды во Вселенной за все время ее существования? Международная команда астрономов действительно подсчитала количество звездного света в космосе.
За все время с Большого взрыва — примерно 13,7 млрд лет, — Вселенная создала множество галактик и еще больше звезд. Возможно, около двух триллионов галактик, в которых находится триллион триллионов звезд.
На протяжении многих десятилетий, ученые осознавали, что точное количество света, выделенного за все время существования нашей Вселенной, может быть важным инструментом в понимании первых этапов развития нашего мира и формирования звезд.
Но, как вы понимаете, это не так то просто подсчитать. Да, мы знаем, что звезд очень много, но космос невероятно огромен, и звездный свет очень сильно заглушается. К тому же мешает зодиакальный свет и слабое собственное свечение Млечного пути. В общем, звездный свет нашей Вселенной нельзя наблюдать напрямую.
Команде астрофизика Марко Ахелло из Клемсонского университета (США) удалось найти непрямой способ подсчета звездного света. Они использовали гамма-фотоны.
Это фотоны с высокими энергиями, обычно у них в миллиард раз больше энергии, чем у видимого света, — объясняет Ахелло.
Путешествуя сквозь космос, гамма-лучи поглощаются во время взаимодействий с фотонами звездного света. Чем больше звездного света, тем больше поглощений; и мы можем подсчитать количество поглощений и вычислить плотность звездного света на фотонном поле между нами и источником гамма-лучей.
Используя данные, собранные за девять лет космическим гамма-телескопом Fermi , команда проанализировала свет 739 блазаров (сильных источников гамма-лучей). Они вычислили уровень поглощения во внегалактическое фоновое излучение (EBL).
Это позволило им вычислить плотность фотонов звездного света в EBL. А так как блазары находятся на разном расстоянии от нас, они смогли вычислить плотность на разных этапах развития вселенной.
Затем ученые вычислили и вычли из общего количества свет других источников — к примеру, аккреционных дисков сверхмассивных черных дыр . Полученный результат они умножили на объем Вселенной и получили количество фотонов, созданных звездами с начала времени.
По сути у нас есть инструмент, вроде книги, которая может рассказать нам о звездном свете за всю историю Вселенной, и нам наконец-то удалось [эту книгу] отыскать, и мы можем просто ее прочесть.
Это мы и сделали. Мы измерили формирование звезд за все время существования Вселенной.
Это довольно просто объяснить, но чертовски сложно выполнить. Ученые потратили на проект 3 года, и оно того стоило.
Теперь мы знаем, исходя из данных собранных Fermi, что звезды Вселенной излучили 4×10⁸⁴ фотонов.
То есть 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.
Четыре с 84 нулями. Четыре октиллиона октодециллионов.
Этот факт интересен сам по себе, но самое главное, что это число приподнимает завесу над самым таинственным временем эволюции Вселенной — эпохой Реионизации , которая началась примерно 500 миллионов лет спустя после Большого взрыва.
Именно тогда во Вселенной зажегся свет .
До Эпохи Реионизации космос был действительно непроглядным. А затем что-то ионизировал весь нейтральный водород, и это излучение — включая свет — начало свободно перемещаться по Вселенной.
Даже самые сильные телескопы не могут разглядеть настолько далеко в прошлое, слишком большое расстояние, слишком мало света. Но как раз свет то мы и можем поймать.
Команда Ахелло выяснила, что в Эпоху Реионизации было очень большое количество УФ-фотонов , что было ожидаемо, исходя из самого процесса реионизации, и что источниками этих УФ-фотонов были популяции нерегулярных галактик — маленьких бесформенных несимметричных галактик, производящих огромное количество УФ-излучения.
Возможно, именно они и запустили реионизацию.
Ожидается, что космический телескоп James Webb Space Telescope, который должен взлететь в 2021 году, сможет больше нам рассказать об Эпохе Реионизации.
А пока Ахелло и его команда постараются добыть побольше информации из этой “книги звезд”. Например, узнать скорость расширения Вселенной — константу Хаббла , которую все никак не могут вычислить достаточно точно.
Исследование было опубликовано в журнале Science .
Источник
Сколько фотонов во Вселенной?
Фотоны — элементарные безмассовые частицы, кванты электромагнитного излучения, которые мы воспринимаем как свет. Множество фотонов попадают на окружающие нас предметы и отражаются в сетчатку нашего глаза, давая нам возможность видеть.
Казалось бы, подсчитать количество фотонов во Вселенной — задача невозможная. Но так не считают физики из университета Клемсона, США. Чтобы понять хотя бы приблизительное количество фотонов в нашем мире, необходимо учитывать все время существования Вселенной — около 13,7 млрд. лет. Ведь свет, испущенный уже давно погибшими звездами, до сих пор летит сквозь пространство.
За основу расчетов ученые взяли показатели так называемого внегалактического фонового излучения (extragalactic background light — EBL), которое накапливается в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах после формирования звезд. Даже с помощью самой современной техники EBL заметить очень сложно — оно легко гасится другими излучениями, которыми буквально пронизана наша Вселенная. Но ученые нашли оригинальный способ, который все же помог проанализировать внегалактическое фоновое излучение — блазары.
Это интересно: блазарами называются активные ядра галактик, которые испускают из своего центра огромные струи плазмы. Считается, что эти струи (или джеты) возникают при взаимодействии материи внутри аккреационного диска гигантской черной дыры внутри галактики.
Испущенные блазарами джеты распространяются на сотни миллионов световых лет, а их излучение ослабевает по мере прохождение через EBL. Получается, что блазары, разбросанные по всему космосу, представляют собой отличную возможность изучить интенсивность и количество испущенного звездами света в различные этапы жизни Вселенной по мере ее старения и расширения. Проанализировав 739 блазара, физики смогли назвать приблизительное количество фотонов, которые существуют в нашей Вселенной: 4 x 1084. Или, если вам не лень считать нули:
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 фотонов.
Источник