Учитывая, что все началось с сингулярностей, не должно вызывать удивления то, что число фотонов, порожденных Вселенной с самого начала ее существования, конечно. Но гораздо удивительнее то, что команде астрофизиков удалось их посчитать.
В статье, опубликованной в журнале Science, ученые, работающие под руководством Марко Аджелло из Клемсонского колледжа наук в Южной Каролине (США), сообщили, что общее количество фотонов, полученных в течение 13,7 миллиардов лет после Большого взрыва составляет 4 × 10^84, Другими словами, это 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.
Чтобы рассчитать это число, Аджелло и его коллеги использовали данные из Гамма-космического телескопа (GLAST), гамма-обсерватории, которая является совместным предприятием НАСА, Министерства энергетики США и правительственных учреждений Франции, Германии, Италии, Японии и Швеции. Обсерватория расположена на круговой орбите вокруг Земли на высоте около 550 км.
Телескоп измеряет гамма-лучи и их взаимодействие с космическим туманом межзвездной пыли и всего ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучения, испускаемого звездами. Сигналы гамма-излучения от 739 галактик, содержащих сверхмассивные черные дыры, известные как блазары, представляли особый интерес для ученых.
Измеряя уровни гамма-квантов фотонов, содержащихся в сверхбыстрых потоках, производимых блазарами, вы можете не только оценить плотность окружающего космического тумана в данном месте, но и рассчитать ее в любой момент в истории Вселенной.
- Гамма-фотоны, проходящие через звездный туман, с большой вероятностью будут поглощаться, - объясняет Аджелло. - Измеряя, сколько фотонов было поглощено, мы смогли измерить плотность тумана и измерить в зависимости от времени, сколько света было во всем диапазоне длин волн.
Этот диапазон, не включающий гамма-лучи, известен как внегалактический фоновый свет (EBL), и до недавнего времени его плотность можно было приблизительно оценить. Благодаря GLAST, расчеты теперь намного точнее.
- Используя блазары на разных расстояниях от нас, мы измеряли общий свет звезд в разное время, - рассказывает соавтор статьи Вайдехи Палия. - Мы измерили общий свет звезд каждой эпохи: один миллиард лет назад, два миллиарда лет назад, шесть миллиардов лет назад и т. Д. - до образования первых звезд. Это позволило нам реконструировать EBL и установить звездообразующую историю Вселенной более эффективным образом, чем раньше.
Результат не только обеспечил наиболее точную оценку EBL на сегодняшний день, но также раскрыл ее космическую историю в беспрецедентных деталях. Соавтор статьи, Дитер Хартманн, называет это прорывом в этой области.
- Звездообразование - это великий космический цикл и переработка энергии, вещества и металлов, - говорит он. - Это цикл вселенной. Без эволюции звезд у нас не было бы основных элементов, необходимых для жизни.
Другая проблема, которая вытекает из исследования, заключается в том, что, несмотря на необычно большое количество фотонов, полученных с самого начала, Вселенная, относительно говоря, довольно слабо освещена. Аджелло и его коллеги подсчитали, что, если «выключить» Солнце и остальную часть Млечного пути, количество света, достигающего Земли от остальной части космоса, равно количеству, производимому 60-ваттной лампочкой, видимой с расстояния около четырех километров.