แสงดาวถูกปล่อยออกมามากแค่ไหนตั้งแต่เริ่มต้น?

ในกรณีที่คุณสงสัยว่าตัวเลขเหล่านั้นมีความหมายอย่างไรนั่นคือจำนวนโฟตอนซึ่งแสดงอย่างกะทัดรัดกว่าเป็น 4 x 10 ⁸⁴ซึ่งปล่อยออกมาจากดวงดาวทั้งหมดในจักรวาลที่สังเกตได้จะย้อนกลับไปเมื่อเอกภพอายุ 13.7 พันล้านปี ได้รับรอบเป็นเพียงแค่พันล้านปีตามที่ทีมนักวิจัยนำโดยมาร์โกอาเจลโลนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ในวิทยาลัยวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยเคลมสัน

จากการวิเคราะห์ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีแกมมา Fermiอายุ 10 ปีของ NASA ซึ่งช่วยให้นักวิจัยสามารถรวบรวมประวัติการก่อตัวของดาวในช่วงอายุของจักรวาลได้เกือบทั้งหมด

นักวิทยาศาสตร์ลงรายละเอียดการค้นพบของพวกเขาในบทความที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 30 พฤศจิกายน 2018 ในวารสาร Science โดยมี Ajello เป็นผู้เขียนนำ

นี่คือวิดีโอของ NASAเกี่ยวกับการวิจัย:

การวัดแสงดาวในประวัติศาสตร์ส่วนใหญ่ของจักรวาลจำเป็นต้องใช้ความเฉลียวฉลาดอย่างมาก ดังที่ Ajello อธิบายไว้ในคำพูดที่เตรียมไว้ทางอีเมลปริมาณแสงทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากดวงดาวนั้นประกอบด้วยสองประเภท “ แสงหนึ่งคือแสงจากดวงดาวที่ยังคงดูดซับด้วยฝุ่น” เขาเขียน "นี่คือสิ่งที่เราวัดได้ส่วนที่เหลือคือแสงดาวฤกษ์ที่ดูดซับโดยฝุ่นและเปล่งออกมาอีกครั้งในอินฟราเรดเราไม่ไวต่อสิ่งนั้นปรากฎว่าครึ่งหนึ่งของพลังงานที่ปล่อยออกมาจากดวงดาวในประวัติศาสตร์ของจักรวาลจะถูกประมวลผลใหม่ โดยดวงดาวที่ความยาวคลื่นยาวกว่า (อินฟราเรด) "

ท้องฟ้าเต็มไปด้วยโฟตอนที่ปล่อยออกมาเมื่อนานมาแล้วจากดวงดาวที่อยู่ห่างไกลซึ่งเรียกว่าแสงพื้นหลังนอกโลกหรือ EBLอย่างไรก็ตามนอกจากดวงจันทร์และดวงดาวจากกาแลคซีของเราเองท้องฟ้าก็ดูมืดมนต่อตาเรา จากข้อมูลของ Ajello นั่นเป็นเพราะแสงดาวส่วนใหญ่ที่มาถึงโลกจากส่วนที่เหลือของจักรวาลอันกว้างใหญ่นั้นจางมากซึ่งเทียบเท่ากับหลอดไฟ 60 วัตต์ที่มองในความมืดที่แข่งขันกันจากระยะทาง 2.5 ล้านไมล์

ดังที่บทความข่าววิทยาศาสตร์อธิบายเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานั้น Ajello และทีมของเขาใช้เวลา 10 ปีของข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์ Fermi และดูการทำงานร่วมกันของ EBL กับรังสีแกมมาที่ปล่อยออกมาจากเบลาซาร์ที่อยู่ห่างไกล- หลุมดำที่สามารถส่งกระแสรังสีที่ทรงพลังได้ ออกไปสู่จักรวาล นักวิจัยได้คำนวณขอบเขตที่รังสีแกมมาจากเสื้อคลุมเหล่านั้นถูกดูดซับหรือเปลี่ยนแปลงโดยการชนกับโฟตอนของ EBL

"เบลซาร์เปล่งแสงผ่านสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า แต่ปล่อยพลังงานส่วนใหญ่ในแถบรังสีแกมมา" Ajello อธิบาย “ กล้องโทรทรรศน์พื้นที่ขนาดใหญ่ (LAT) บนเรือเฟอร์มีสามารถวัดรังสีแกมมาจากเบลาซาร์ได้ตั้งแต่ 100 MeV (พลังงาน 1 ล้านเท่าของแสงที่มองเห็นได้) ถึง 1 TeV (พลังงาน 1 ล้านล้านเท่าของแสงที่มองเห็นได้) ทั้งคู่ กระบวนการผลิต (ที่โฟตอนสองตัวสร้างคู่อิเล็กตรอน - โพซิตรอน) ซึ่งดูดซับรังสีแกมมาที่ปล่อยออกมาจากเบลาซาร์เริ่มต้นที่พลังงาน ~ 10 GeV (พันล้านเท่าของพลังงานของแสงที่มองเห็นได้) ดังนั้นด้านล่างของพลังงานนี้เราสังเกตเห็นความจริงไม่ - ดูดซับเอาท์พุท blazar แต่เหนือ 'เกณฑ์' นี้โฟตอนจากเสื้อคลุมจะถูกดูดซับมากขึ้นเรื่อย ๆ จนถึงจุด (ถ้าคุณเพิ่มพลังงานเพียงพอ) คุณจะไม่เห็นเบลซาร์อีกต่อไป "

"เรามองหาการเปลี่ยนแปลงนี้จากการดูดซึมศูนย์เปอร์เซ็นต์ไปเป็นการดูดซึม 100 เปอร์เซ็นต์ซึ่งเป็นหน้าที่ของพลังงาน" Ajello กล่าวต่อ "พลังงานที่การเปลี่ยนแปลงเริ่มต้นและความเร็วที่เปลี่ยนไปจากศูนย์เปอร์เซ็นต์ถึง 100 เปอร์เซ็นต์จะวัดพลังงานของโฟตอน EBL และจำนวนโฟตอนที่มีอยู่ยิ่งมีมากเท่าใดการเปลี่ยนแปลง (การดูดซึม) ที่เป็นศูนย์จะเร็วเพียงใด .”

Ajello อธิบายว่าการติดตาม EBL นั้นเทียบเท่ากับ "การตามสายรุ้งและการค้นพบหม้อทองคำ EBL คือสายรุ้งและในที่สุดความรู้ก็สามารถเปิดเผยข้อมูลที่เป็นประโยชน์มากมายได้"

Ajello อธิบายว่าจำนวนแสงทั้งหมดที่ดวงดาวเปล่งออกมานั้นประกอบด้วยสองประเภท "แสงหนึ่งคือแสงดาวฤกษ์ที่ยังคงดูดกลืนโดยฝุ่น (นี่คือสิ่งที่เราวัดได้) ส่วนที่เหลือคือแสงดาวฤกษ์ที่ฝุ่นดูดซับและเปล่งออกมาอีกครั้งในอินฟราเรด (เราไม่ไวต่อสิ่งนั้น) มันกลายเป็นพลังงานครึ่งหนึ่งที่ปล่อยออกมา โดยดวงดาวต่างๆในประวัติศาสตร์ของจักรวาลจะถูกประมวลผลใหม่โดยดวงดาวที่ความยาวคลื่น (อินฟราเรด) ที่ยาวขึ้น "

เทคนิคของนักวิจัยช่วยให้พวกเขาเห็นประวัติการก่อตัวของดาวในจักรวาลซึ่งพวกเขาพบว่ามีจุดสูงสุดประมาณ 3 พันล้านปีหลังจากบิ๊กแบงและชะลอตัวลงอย่างมากตั้งแต่นั้นมาตามบทความของวอชิงตันโพสต์เกี่ยวกับงานนี้

การนับไม่รวมปริมาณแสงดาวที่เปล่งออกมาในช่วงพันล้านปีแรกของการดำรงอยู่ของเอกภพ "นี่เป็นช่วงเวลาที่เรายังไม่สามารถตรวจสอบได้" Ajello อธิบาย นั่นเป็นเหตุผลหนึ่งที่เขาและนักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ รอคอยการเปิดตัวกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ในปี 2564 ซึ่ง NASA กล่าวว่ามีความไวเพียงพอที่จะตรวจจับดาวดวงแรก

ตอนนี้น่าสนใจ

ในขณะที่การสร้างดาวดวงใหม่ชะลอตัวลง แต่ก็ไม่เคยหยุดลงโดยสิ้นเชิงตามข่าวประชาสัมพันธ์ฉบับนี้ ตัวอย่างเช่นทางช้างเผือกสร้างดาวใหม่ประมาณเจ็ดดวงในแต่ละปี

เผยแพร่ครั้งแรก: 4 ธันวาคม 2018

อะไรทำให้เกิดแสงดาว?

เราเรียนรู้อะไรจากแสงดาวได้บ้าง?

ดวงดาวส่องแสงในอวกาศหรือไม่?

มีดาวกี่ดวง?

แสงดาววัดได้อย่างไร?