天文在线：宇宙自诞生以来发出了多少光线？

[email protected]

首先让我们来看一串令人震撼的数字：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。

这个数字实在难以读出来，如果非要读出来，那就是4000亿亿亿亿亿亿亿亿亿。

倘若你想知道这一大串的数字代表着什么，可以说这就是光子的总数——更简洁地可以表述为4×10^84。这些光子是可观测宇宙中所有的星体发出的，这些光子要回溯到这个173亿岁高龄的宇宙刚刚大约十亿岁之时。上面这些数据来自克莱姆森大学科学学院的天体物理学家Marco Ajello（马可·埃贾罗）领导的研究小组。

这个数字是基于对NASA有着十年历史的费米伽马射线太空望远镜所得到的数据分析而出的，能够让研究人员编纂出宇宙中大部分恒星形成的历史。

科学家们在2018年11月30日的《Science》（即《科学》）杂志上详细地阐述了他们的发现，其中Ajello是主要作者。

测量于大部分宇宙历史上的星光需要相当的技巧。正如Ajello在电子邮件里准备好的评述中解释的那样，恒星发出的光总共分为两种类型：一种星光幸免于被尘埃吸收，这是我们可以测量出来的。其余的星光被尘埃吸收然后以红外线的形式被重新发射，我们对那些并不敏感。事实证明，在宇宙的全部历史之中，恒星发射出的能量有一半被恒星重新处理成较长的（红外）波长了。

天空中充盈着很久以前遥远的恒星发出的光子，这些光子即被称为河外背景光，或EBL。然而，假使没有我们本星系内的恒星和卫星发出的光，在我们眼中的天空将是一片黑暗。根据Ajello的说法，这是因为绝大多数从广阔宇宙其他地方到达地球的星光都极其微弱，相当于在400万千米外的一片黑暗之中看到一个60瓦的灯泡。

正如这篇科学新闻中的文章解释的那样，为了解决这个问题，Ajello和他的团队仔细研究了费米望远镜十年来的数据，并观察了河外背景光与遥远的耀变体发射的伽马射线的相互作用——黑洞可以将强大的辐射流发射到宇宙之中。研究者计算了这些耀变体发射的伽马射线曾被河外背景光的光子通过碰撞来吸收或者改变的程度。

Ajello解释道：“耀变体发出的光横跨电磁波谱，但是大部分能量于伽马射线波段释放。费米望远镜上的大面积望远镜（LAT）能够测量耀变体发出的从100 MeV（相当于可见光能量的100万倍）到1TeV（相当于可见光能量的1万亿倍）的伽马射线。

两个光子通过吸收耀变体发射出的伽马射线来生成正负电子对的这种成对生产过程只会在10GeV（相当于可见光能量的10亿倍）的能量下开始。因此，在低于这个能量的区域我们观察到了真实的未被吸收的耀变体输出，但是位于这个‘阈值’之上的光子被吸收的越来越多（如果可以增加足够的能量），此时你就不会再看到耀变体了”

“我们寻找吸收率从0%到100%的转变来构造一个能量的函数。”Ajello继续说道：“通过这个转变开始时的能量以及吸收率从0%升到100%的速度这两个数据可以测算出河外背景光光子的能量以及在那里有多少光子。光子的数量越多，从0%到100%的转变越快。”

Ajello将追踪河外背景光描述成了天体物理学家形式的“追到彩虹尽头就会发现一罐黄金”（爱尔兰俗语）。河外背景光是那道彩虹，它所蕴含的知识最终可以揭示许多有用的信息。

根据华盛顿邮报上一篇关于这项工作的文章，研究人员的技术使得他们可以看到宇宙中恒星形成的历史。，他们发现在宇宙大爆炸后大约30亿年里，恒星的形成达到顶峰，并且在那之后急剧下降。

这个数字不包括宇宙前十亿年发出的星光数量。“这是一个我们无法探索的时代。”Ajello解释道。这就是他和其他科学家翘首以盼2021年詹姆斯韦伯太空望远镜发射的原因之一，NASA表示这个望远镜能足够敏感去探测第一颗恒星。
如有相关内容侵权，请于三十日以内联系作者删除
1

本文选自：今日头条