Sellel joonisel on näidatud Ferra Gamma-Ray teleskoobi uues uuris kasutatud 150 rõnga (roheliste punktide) asukohti. Autor: NASA / DOE / Fermi LAT koostöö
Kogu valgus, mille on tootnud kõik tähed, mis kunagi eksisteerinud, on endiselt väljas, kuid selle nägemine ja täpselt mõõtmine on äärmiselt keeruline. Nüüd said NASA Fermi Gamma-ray kosmoseteleskoobi andmeid kasutavad astronoomid vaadata kaugeid rõngaid, et aidata mõõta taustvalgust kõigi tähtede vahel, mis säravad praegu ja kunagi varem. See võimaldas tähevalgust kõige täpsemini mõõta kogu universumis, mis omakorda aitab kehtestada piirid kunagi säravate tähtede koguarvule.
"Tähtede optiline ja ultraviolettvalgus liiguvad kogu universumis edasi ka pärast seda, kui tähed enam lakkima jäävad. See loob fossiilse kiirguse välja, mida saame uurida kaugetest allikatest pärit gammakiirte abil," ütles Kavli instituudi juhtiv teadlane Marco Ajello. Osakeste astrofüüsika ja kosmoloogia Californias Stanfordi ülikoolis ja Berkeley osariigis California ülikooli kosmoseteaduse laboris.
Nende tulemused annavad tähetiheduse kosmoses ka umbes 1,4 tähte 100 miljardi kuupmeetri valgusaasta kohta, mis tähendab, et keskmine tähekaugus universumis on umbes 4150 valgusaastat.
Tähistaeva koguhulka kosmoses nimetatakse ekstragalaktiliseks taustavalguseks (EBL) ning Ajello ja tema meeskond uurisid EBL-i, uurides gammakiiri 150-st bleiserist, mis on universumi kõige energilisemad nähtused. Need on galaktikad, mida toidavad ülimalt energeetilised mustad augud: nende energia on suurem kui 3 miljardit elektronvolti (GeV) ehk üle miljardi korra nähtava valguse energiat.
Astronoomid kasutasid nelja aasta Fermi andmeid gammakiirte kohta, mille energia on üle 10 miljardi elektronvolti (GeV), ja Fermi suure pindala teleskoobi (LAT) instrument on esimene, mis tuvastas selles energiavahemikus rohkem kui 500 allikat.
Gammakiirte jaoks toimib EBL omamoodi kosmilise uduna, kuid Fermi mõõtis ultraviolettkiirguse ja nähtava tähevalguse tekitatud gammakiirguse neeldumise kogust universumi ajaloos kolmel erineval ajastul.
Fermi mõõtis ultraviolettkiirguse ja nähtava tähevalguse tekitatava gammakiirguse neeldumise kogust universumi ajaloo kolmel erineval ajastul. (Autor: NASA Goddardi kosmoselennukeskus)
"Kuna rohkem kui tuhat on seni tuvastatud, on kõige levinumad allikad, mida Fermi tuvastas, kuid nende energiaallikate gammakiirgus on väga vähe ja seetõttu on selle analüüsi tegemiseks kulunud neli aastat andmeid," ütles meeskonna liige Justin Finke, Washingtoni mereväe uurimislabori astrofüüsik.
Blazari joades toodetud gammakiired rändavad Maale miljardite valgusaastate jooksul. Nende teekonna jooksul läbivad gammakiired kogu universumi ajaloo jooksul moodustunud tähtede kiirgava nähtava ja ultraviolettvalguse udu suureneva udu.
Mõnikord põrkub gammakiir tähevalgusega ja muundub osakeste paariks - elektroniks ja selle antimaterjalist vastandiks, positroniks. Kui see juhtub, kaob gammakiirgus. Tegelikult summutab protsess gammakiirgussignaali enam-vähem samal viisil, nagu udu summutab kauge tuletorni.
Läheduses asuvate rõngaste uuringute põhjal on teadlased kindlaks teinud, kui palju gammakiiri peaks erineva energiaga kiirgama. Kaugemad blasaarid näitavad tänu kosmilise udu neeldumisele vähem gammakiiri kõrgematel energiatel - eriti üle 25 GeV -.
Seejärel määrasid teadlased keskmise gammakiirguse sumbumise kolme kaugusvahemiku ulatuses: Lähim rühm oli ajast, mil universum oli 11,2 aastat vana, keskmine rühm, kui universum oli 8,6 miljardit aastat vana, ja kaugeim rühm, kui universum oli. 4,1 miljardit aastat vana.
See animatsioon jälgib mitmeid gammakiiri läbi ruumi ja aja, alates nende emissioonist kauge blasari joonis kuni saabumiseni Fermi suure teleskoobiga (LAT). Nende reisi ajal kasvab juhuslikult liikuvate ultraviolett- ja optiliste footonite (sinine) arv, kuna universumis sünnib üha rohkem tähti. Lõpuks kohtub üks gammakiir tähevalguse footoniga ja gammakiir muundub elektroniks ja positroniks. Ülejäänud gammakiire footonid jõuavad Fermi, suhtlevad LAT-is volframiplaatidega ja tekitavad elektronid ja positronid, mille teekond läbi detektori võimaldab astronoomidel gammakiirte nende lähtekohale tagasi tõmmata.
Selle mõõtmise põhjal suutsid teadlased hinnata udu paksust.
"Need tulemused annavad teile nii universumi valguse kui ka moodustunud tähtede hulga üla- ja alampiiri," ütles Finke täna pressibriifingul. "Varasemad hinnangud on olnud vaid ülemine piir."
Ja ülemine ja alumine piir on üksteisele väga lähedal, ütles Austini Texase ülikooli astronoom Volker Bromm, kes tulemusi kommenteeris. "Fermi tulemus avab põneva võimaluse piirata kosmiliste tähtede moodustamise varaseimat perioodi, seades sellega positsiooni NASA James Webbi kosmoseteleskoobi jaoks," ütles ta. "Lihtsamalt öeldes pakub Fermi meile varju pilti esimestest tähtedest, Webb aga tuvastab need otse."
Ekstragalaktilise taustavalguse mõõtmine oli Fermi üks peamisi missiooni eesmärke ja Ajello sõnul on leiud üliolulised kosmoloogia suurtele küsimustele vastamisel.
Leide kirjeldav artikkel ilmus neljapäeval ajakirjas Science Express.
Allikas: NASA
