科學家發現宇宙星光中的“歷史書”:揭示宇宙中恆星的演化歷史

科學家發現宇宙星光中的“歷史書”:揭示宇宙中恆星的演化歷史

科學家發現宇宙星光中的“歷史書”:揭示宇宙中恆星的演化歷史

如果你很喜歡非常大的、沒什麼實際意義的數字,那麼克萊姆森大學的天體物理學家 Marco Ajello 有一個很大的數字送給你: 4 x 10^84。 這是在整個宇宙歷史中,成功從恆星和圍繞恆星的塵埃中逃逸到太空的光子的總數。當然,你會期望這個數字會是非常巨大的,而現在這個數字確實非常浩瀚。 ( 相比之下,最近對宇宙中原子數量的估計僅小了幾個數量級。 )

然而,能夠計算出這個數字,是 Ajello 和他的團隊進行的新研究的一個正面附帶好處。這項研究使用了被困在所有星光 ( 被稱為銀河系外背景光 ) 中的信息,支持了此前關於宇宙歷史上恆星形成速率的理論。

根據定義,銀河系外背景光是恆星發出的近紅外、光學和紫外線輻射的一部分,相比於與周圍的塵埃碰撞,這些光設法進入了太空。" 基本上到處都是星光,"Ajello 說," 所有恆星發出的、能夠逃逸到太空的光基本上都共同組成了這個背景光。"

但銀河系外背景光很難測量,因為它在宇宙中分佈得非常稀疏,而且在更靠近地球的強光源對比之下會變得更黯淡。所以 Ajello 和他的合作者們試圖利用 Blazars 天體來分析銀河系外背景光—— Blazars 是一種在核心隱藏超大質量黑洞的星系,它正朝著我們地球的大致方向發射著一股巨大的高能物質流。科學家們關於這些 Blazars 天體和它們所發射的高能伽馬射線光子的數據來自 NASA 的費米伽馬射線太空望遠鏡。

這項研究依賴於 Blazars 天體的一個令人討厭的特性:它們產生的一些最高能量的光會爆炸成更低能量的光粒子,就像我們人類可以看到的光子一樣。這種碰撞將一對不匹配的光子變成一個電子和一個正電子,基本上使 Blazar 釋放的高能光子消失。波士頓大學天體物理學家馬納斯維塔 · 喬希 ( Manasvita Joshi ) 說:" 從某種意義上說,是的,如果你只專注於 Blazar 天體研究的話,這是一個劣勢,但你可以利用它來做類似這樣的事情。" Blazar 天體光子和銀河外背景光光子只會在一個特定的能量級水平相互起作用。這意味著科學家可以從低能級產生的光推斷出高能級應該產生的光。然後,他們可以計算它們的差值,也就是在碰撞中消失的差值。這樣就很容易繞到碰撞的另一邊去測量銀河系外背景光。

通過研究距離地球不同距離上的許多 Blazar 天體 ( 確切地說,是 739 個 ) ,隨時間的變化,研究小組可以精確地指出銀河系外背景光的變化。 Ajello 說:" 通過測量恆星光在宇宙中的演化,你實際上可以將其轉化為對恆星形成的相應測量。我們正在精確地追蹤這些背景光在宇宙歷史上的變化。"

喬希說:" 現在,有一種新技術可以利用它來研究宇宙恆星形成的歷史。" 這是科學家們長期以來一直想解決的問題,但到目前為止,他們不得不間接地解決這個問題,並依賴於一些初步假設,這種方法並不理想。" ( 先前估計的 ) 問題在於,因為你的初始質量函數實際上是 …… 是一種猜測,這種初步的猜測可能會帶來不確定性。"

喬希說,因此,這種不同的方法 ( 繞過了那些最初的假設 ) 隨著時間的推移得出了一些關於恆星形成的相同結論,這讓天體物理學家感到欣慰。這不僅有助於驗證這些結論,而且有助於表明,科學家們最初在舊方法中使用的假設是正確的。

那麼,誕生恆星最多的時間是什麼時候 ? 答案是在大約 100 億年前,證據就隱藏在它們的星光中。


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