Bu grafik, Fermi Gamma-Ray Teleskobu tarafından kullanılan 150 blazarın (yeşil noktalar) yerlerini göstermektedir. Kredi bilgileri: NASA / DOE / Fermi LAT İşbirliği
Şimdiye kadar var olan her yıldız tarafından üretilen tüm ışık hala dışarıdadır, ancak onu “görmek” ve tam olarak ölçmek son derece zordur. Şimdi, NASA'nın Fermi Gamma-ray Uzay Teleskobu'ndan veri kullanan gökbilimciler, şimdi ve şimdiye kadar parlayan tüm yıldızların arka plan ışığını ölçmeye yardımcı olmak için uzak blazarlara bakabildiler. Bu, evren boyunca yıldız ışığının en doğru şekilde ölçülmesini sağladı ve bu da şimdiye kadar parlayan toplam yıldız sayısı üzerinde sınırlar oluşturmaya yardımcı oldu.
Kavli Enstitüsü'nden baş bilim adamı Marco Ajello, “Yıldızların optik ve ultraviyole ışığı, yıldızlar parlamayı bıraktıktan sonra bile evren boyunca seyahat etmeye devam ediyor ve bu, uzak kaynaklardan gelen gama ışınlarını kullanarak keşfedebileceğimiz bir fosil radyasyon alanı yaratıyor” dedi. Kaliforniya'daki Stanford Üniversitesi'nde Parçacık Astrofiziği ve Kozmolojisi ve Berkeley'deki Kaliforniya Üniversitesi'nde Uzay Bilimleri Laboratuvarı.
Sonuçları aynı zamanda 100 milyar kübik ışık yılı başına yaklaşık 1,4 yıldız kozmosunda yıldız yoğunluğu sağlar, bu da evrendeki yıldızlar arasındaki ortalama mesafenin yaklaşık 4.150 ışık yılı olduğu anlamına gelir.
Kozmostaki yıldız ışığının toplamına ekstragalaktik arka plan ışığı (EBL) denir ve Ajello ve ekibi, evrendeki en enerjik fenomenler arasında yer alan 150 blazardan gelen gama ışınlarını inceleyerek EBL'yi araştırdı. Bunlar son derece enerjik karadelikler tarafından desteklenen galaksilerdir: 3 milyar elektron volttan (GeV) daha fazla veya görünür ışığın enerjisinin milyar katından daha fazla enerjileri vardır.
Gökbilimciler, enerjileri 10 milyar elektron voltun (GeV) üzerinde olan gama ışınları üzerinde dört yıllık Fermi verileri kullandılar ve bu enerji aralığında 500'den fazla kaynağı ilk tespit eden Fermi Geniş Alan Teleskopu (LAT) cihazı.
Gama ışınlarına göre, EBL bir tür kozmik sis olarak işlev görür, ancak Fermi, evren tarihindeki üç farklı dönemde ultraviyole ve görünür yıldız ışığı tarafından üretilen blazar spektrumlarında gama ışını emilim miktarını ölçtü.
Fermi, evren tarihinde üç farklı dönemde ultraviyole ve görünür yıldız ışığı tarafından üretilen blazar spektrumlarında gama ışını emilim miktarını ölçtü. (Kredi: NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi)
Ekip üyesi, “Şimdiye kadar binden fazla tespit edildiğinde, blazarlar Fermi tarafından tespit edilen en yaygın kaynaklardır, ancak bu enerjilerdeki gama ışınları az ve çok arasındadır, bu yüzden bu analizi yapmak dört yıllık veri gerektirdi” dedi. Washington'daki Deniz Araştırma Laboratuvarı'nda astrofizikçi olan Justin Finke.
Ankara jetlerinde üretilen gama ışınları milyarlarca ışık yılı boyunca Dünya'ya gidiyor. Gama ışınları yolculukları boyunca, evren tarihi boyunca oluşan yıldızlar tarafından yayılan görünür ve ultraviyole ışığın artan bir sisinden geçer.
Bazen, bir gama ışını yıldız ışığı ile çarpışır ve bir çift parçacığa dönüşür - bir elektron ve antimadde karşılığı, bir pozitron. Bu gerçekleştiğinde, gama ışını ışığı kaybolur. Aslında, işlem gama ışını sinyalini, sis uzaktaki bir deniz fenerinin kararmasıyla aynı şekilde azaltır.
Yakındaki blazarların çalışmalarından, bilim adamları farklı enerjilerde kaç gama ışını yayılması gerektiğini belirlediler. Daha uzak blazarlar, kozmik sisin emilmesi sayesinde daha yüksek enerjilerde - özellikle 25 GeV'nin üzerinde - daha az gama ışını gösterir.
Araştırmacılar daha sonra üç mesafe aralığında ortalama gama ışını zayıflamasını belirledi: En yakın grup evrenin 11.2 yaşında olduğu, orta grubun Evrenin 8.6 milyar yaşında olduğu ve en uzak grubun 4.1 milyar yaşında.
Bu animasyon, uzak bir blazar'un jetindeki emisyonlarından Fermi'nin Geniş Alan Teleskopuna (LAT) ulaşmalarına kadar uzay ve zaman boyunca çeşitli gama ışınlarını izler. Yolculukları sırasında, evrende giderek daha fazla yıldız doğdukça rastgele hareket eden ultraviyole ve optik fotonların (mavi) sayısı artar. Sonunda, gama ışınlarından biri yıldız ışığının bir fotonu ile karşılaşır ve gama ışını bir elektrona ve pozitrona dönüşür. Kalan gama ışını fotonları Fermi'ye ulaşır, LAT'ta tungsten plakalarla etkileşime girer ve dedektörden geçen yollar astronomların gama ışınlarını kaynaklarına geri çekmesine izin veren elektronları ve pozitronları üretir.
Bu ölçümden, bilim adamları sisin kalınlığını tahmin edebildiler.
Finke bugün bir basın brifingi sırasında “Bu sonuçlar size Evrendeki ışık miktarı ve oluşan yıldızların miktarı konusunda hem üst hem de alt bir sınır veriyor. “Önceki tahminler sadece bir üst sınır oldu.”
Austin Teksas Üniversitesi'nde bir gökbilimci olan Volker Bromm, bulguları yorumlayan üst ve alt sınırların birbirine çok yakın olduğunu söyledi. “Fermi sonucu, kozmik yıldız oluşumunun en erken dönemini kısıtlama ve böylece NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu için zemin hazırlamanın heyecan verici olasılığını açıyor” dedi. “Basit bir ifadeyle, Fermi bize ilk yıldızların gölge görüntüsünü sunarken, Webb onları doğrudan tespit edecek.”
Ekstragalaktik arka plan ışığını ölçmek, Fermi için birincil görev hedeflerinden biriydi ve Ajello, bulguların kozmolojideki bir dizi büyük soruyu cevaplamak için çok önemli olduğunu söyledi.
Bulguları açıklayan bir makale Perşembe günü Science Express'te yayınlandı.
Kaynak: NASA
