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美国宇航局的费米测量外星背景光

发布时间:2018-05-18 浏览次数:19

利用来自美国宇航局费米伽玛射线太空望远镜的数据,一组天文学家对宇宙中的星光进行了最精确的测量,并用它来确定所有恒星发出的光线总量。 < / EM>

“即使在恒星停止发光之后,来自恒星的光和紫外光仍然会在整个宇宙中传播,这就创造了一个化石辐射场,我们可以利用来自远方的伽玛射线来探索,”首席科学家Marco Ajello,博士后研究员加利福尼亚斯坦福大学的Kavli粒子天体物理学和宇宙学研究所以及加州大学伯克利分校的空间科学实验室。

这部动画通过空间和时间跟踪几条伽玛射线,从它们在遥远的布拉萨尔射流中的射出到它们抵达费米的大面积望远镜(LAT)。在旅途中,随着越来越多的恒星诞生于宇宙中,随机运动的紫外光和光学光子(蓝色)的数量也随之增加。最终,其中一条伽马射线遇到星光的光子,伽马射线转化为电子和正电子。其余的伽马射线光子到达费米,与LAT中的钨板相互作用,并产生电子和正电子,其通过探测器的路径允许天文学家将伽马射线回溯到其源。信用:美国宇航局戈达德太空飞行中心/ Cruz deWilde /

伽玛射线是最有活力的光线形式。自2008年费米发射以来,它的大面积望远镜(LAT)每三小时观测一次高能伽马射线的整个天空,创造出这些能量中最为详细的宇宙地图。

宇宙中的星光总数是天文学家所知的河外背景光(EBL)。对于伽玛射线来说,EBL的功能就像是一种宇宙雾。 Ajello和他的团队通过研究来自150个blazar或由黑洞驱动的星系的伽玛射线来研究EBL,这些伽马射线在能量超过30亿电子伏特(GeV)时被强烈检测到,或者是可见光能量的十亿倍以上。

“到目前为止,已经有超过一千个探测器被发现,Blazar是Fermi发现的最常见的源,但是这些能量的伽马射线很少,而且这也是为什么需要四年的数据才能进行这种分析的原因。华盛顿海军研究实验室的天体物理学家贾斯汀芬克。

随着物质朝着银河系的超大质量黑洞下降,其中一些以几乎相同方向喷射的光速向外加速。当其中一架喷气式飞机碰巧瞄准地球的方向时,这个星系看起来特别明亮,并被归类为一个blazar。

blazar喷气式飞机产生的伽马射线穿越数十亿光年到达地球。在他们的旅程中,伽马射线穿过由宇宙历史形成的恒星发出的可见光和紫外光的不断增加的雾。

偶尔,伽马射线与星光碰撞并转化为一对粒子 - 电子及其反物质对应物,正电子。一旦发生这种情况,伽玛射线会丢失。实际上,该过程以与雾使远处的灯塔变暗的方式大致相同的方式衰减伽马射线信号。

从附近布拉格斯的研究中,科学家已经确定了应该以不同能量发射多少伽马射线。由于宇宙雾的吸收,更远的布拉格在更高的能量下显示出更少的伽马射线 - 尤其是25 GeV以上。

最远的布拉赫尔正在失去大部分高能伽马射线。

然后研究人员确定了96亿年前和今天之间三个距离范围内的平均伽马射线衰减。

从这个测量结果来看,科学家们能够估计雾的厚度。为了说明这些观测结果,宇宙中恒星的平均密度是每1000亿立方光年约1.4颗星,这意味着宇宙中恒星之间的平均距离约为4,150光年。

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“费米的结果开启了限制宇宙恒星形成的最早阶段的激动人心的可能性,从而为美国宇航局詹姆斯韦伯太空望远镜设置了舞台,”得克萨斯大学奥斯汀分校的天文学家沃尔克布朗姆说道,他评论了这一发现。 “简而言之,费米给我们提供了第一批明星的阴影图像,而韦布将直接检测它们。”

测量河外背景光是费米的主要任务目标之一。

美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的项目科学家Julie McEnery说:“我们对将这种测量延伸得更远的前景感到非常兴奋。

戈达德管理费米天体物理学和粒子物理研究伙伴关系。费米是与美国能源部合作开发的,来自法国,德国,意大利,日本,瑞典和美国的学术机构和合作伙伴。

来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心弗朗西斯雷迪;美国航天局

图片:NASA / DOE /费米LAT合作;美国宇航局的戈达德太空飞行中心


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