科学家第一次测量宇宙全部星光,证实令人不安的结论

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  在宇宙中,或多或少星系中央拥有活跃的超大质量黑洞,它们是非常好的极高能粒子(包括伽马射线)发射体。超大质量黑洞的俯近会形成一一四个由乙炔气体体、尘埃等组成的吸积盘。当盘中的物质落入黑洞时,引力能会转化为光,使哪几种星系的中心非常明亮。在或多或少情况表下,落入的带电粒子会被磁场加速,形成以接近光速运动的相对论性喷流(如下图)。当一一四个星系产生的喷流正好指向地球时,它最明亮,否则也被称为耀变体。

  左边显示的是纯能量(黄色波浪线)可需要产生物质-反物质对,右边显示的过程则完整篇 相反——物质-反物质会湮灭变成纯能量。(图片来源:DMITRI POGOSYAN / UNIVERSITY OF ALBERTA)

  耀变体会加速质子,从而产生π介子;π介子会进一步产生中微子和伽马射线。(图片来源:ICECUBE/NASA)

  然而,无论哪年,当你观察遥远宇宙中的任何物体时,视线所经之处全是物质处于。乙炔气体体云的处于会吸收一主次的光,亲戚朋友可需要通过分析吸收线来计算这主次的光。星系和星系团经常会干扰信号;亲戚朋友可需要测量它们的亮度、密度和或多或少属性,以校准亲戚朋友所研究的每一一四个耀变体。此外,耀变体散布在宇宙之中,来自太阳系的黄道效应和来自银河系的前景效应全是影响亲戚朋友所看过的耀变体。而每一一四个耀变体全是着本质上独一无二的能量和通量底部形态。

  通过选折 从耀变体到地球之间都处于哪几种东西,亲戚朋友就可需要选折 被研究的耀变体的源属性,从而也全是了一一四个校准良好的工作起点。

  这也提供了三种措施,可需要使用伽马射线望远镜来测量宇宙中所有的星光。亲戚朋友可需要曾经做:

  首先,测量宇宙中所有被发现的耀变体。

  否则,测量每个耀变体的红移,曾经就可需要知道它距离地球有多远。

  接着,测量伽马射线望远镜接收到的伽马射线的数量,将其作为红移和耀变体亮度的函数。

  最后,如前所述,当伽马射线与银河系外的背景星光碰撞时,会产生电子-正电子对。利用所有哪几种信息,就可需要计算出需要处于哪哪几个的背景星光,不还里能解释损失掉的伽马射线。

  有了哪几种信息,费米-LAT合作者者项目(LAT是费米上的大区域望远镜仪器)研究了739个耀变体。在哪几种耀变体中,距离亲戚朋友最近的全是2亿光年之远,而最远的距离亲戚朋友116亿光年——这由于分析从耀变体出发的光,经过了116亿年不还里能抵达地球,而那时宇宙的年龄不不还里能22亿年。

  亲戚朋友的发现证实了完后 的结果,否则提高了精度:大概3000亿年前,宇宙中的恒星形成率就达到了峰值,此后经常在下降(如下图)。今天,恒星形成率不不还里能早期最大形成率的3%,而宇宙形成新恒星的速率单位还在继续下降。换句话说,宇宙正在消亡,而亲戚朋友却无能为力。

  耀变体会加速质子,从而产生π介子;π介子会进一步产生中微子和伽马射线。(图片来源:MARCO AJELLO AND THE FERMI-LAT COLLABORATION)

  但这项研究得出了一一四个有趣而新颖的革命性结果。根据费米望远镜整理到的数据,科学家有史以来第一次不不还里能测量整个宇宙历史中发出的完整篇 星光。这是前所未有的。哪几种星光的总量是哪哪几个呢?只是开头提到的数字:4×108一一四个光子,这人数字是宇宙中所有质子、中子、电子总数的数千倍!这人发现可需要帮助天文学家揭开恒星形成的完整篇 历史。