Skjult i mørket blant stjernene er alt lyset som universet har skapt siden Big Bang.
Nå tror forskere at de vet omtrent hvor mye lys det er. Siden deres fødsel et par millioner år etter Big Bang, har stjerner produsert rundt 4 x 10 ^ 84 fotoner, eller partikler av lys, ifølge nye målinger rapportert i dag (29. november) i tidsskriftet Science.
Det meste av lyset i universet kommer fra stjerner, sa Marco Ajello, studieforfatter og en astrofysiker ved Clemson University.
Her er hva som skjer: Stjerner som solen vår drives av kjernefysiske reaksjoner i kjernen, der hydrogenprotoner smeltes sammen for å skape helium. Denne prosessen frigjør også energi i form av gammastråle-fotoner. Disse fotonene har hundre millioner ganger mer energi enn de vanlige fotonene vi ser som synlig lys.
Fordi solens kjerne er veldig tett, kan ikke disse fotonene slippe ut og i stedet fortsette å støte på atomer og elektroner, og til slutt miste energien. Hundretusenvis av år senere forlater de solen, med omtrent en million ganger mindre energi enn synlig lys, sa Ajello.
Lyset vi kan se kommer fra fotoner skapt av stjerner i vår egen galakse, inkludert solen. Å måle alt det andre lyset i andre deler av universet - skjult på den mørke himmelen blant stjernene vi kan se - er "vanskelig, fordi det er veldig, veldig svakt," sa Ajello til Live Science. Å prøve å se alt lyset i universet ville være som å se på en 60-watts lyspære 4 km unna, la han til.
Så Ajello og teamet hans brukte en indirekte metode for å måle dette lyset, og stolte på data fra NASAs Fermi Gamma-ray Space Telescope, som har gått i bane rundt jorden siden 2008. Forskerne så på gammastråler som er sendt ut fra 739 blazars (utrolig lyse galakser med svarte hull som skyter gammastråler i vår retning) og en gammastråle-burst (en ekstrem høyenergieksplosjon) for å estimere hvor mye stjernelys som eksisterte under forskjellige epoker av universet - jo lenger borte kilden til gammastrålene. , jo lengre siden.
Når de passerer gjennom universet, interagerer fotonene i disse gammastrålene med det "ekstragalaktiske bakgrunnslyset", en tåke med ultrafiolette, optiske og infrarøde fotoner produsert av stjerner. Denne prosessen transformerer fotonene til elektroner og deres antimaterielle partnere, positroner. Ved å oppdage disse små endringene kunne Ajello og teamet hans anslå hvor mye stjernelys eller "tåke" det var til forskjellige tider.
Forskerne fant at stjerner dannet i den høyeste hastigheten for rundt 10 milliarder år siden, og at stjerneformasjonen etter det ble mindre. Den totale mengden stjernelys som noensinne er produsert, "er ikke veldig viktig," sa Ajello.
Faktisk kunne 4 x 10 ^ 84-tallet forskerne beregnet for det totale antall produserte fotoner være omtrent ti ganger for lavt. Det er fordi det ikke inkluderer fotoner i det infrarøde spekteret, som har en lavere energi enn synlig lys, sa Ajello.
Det mer spennende resultatet er at forskerne kunne beregne hvor mange og hvilke typer fotoner som fantes i løpet av forskjellige epoker av universet, fra begynnelsen (nesten). Ajello og teamet hans konstruerte en stjernelyshistorie som spenner over mer enn 90 prosent av den kosmiske tiden. For å konstruere de andre 10 prosentene, selve begynnelsen på stjernelys, "må vi vente kanskje 10 års observasjon til," sa Ajello.
Et øyeblikksbilde av stjernelyset som ble opprettet i løpet av universets spedbarn, kan komme fra det massive James Webb romteleskopet, som er anslått å ha en lansering i 2021, sa Ajello.
Dette er "en annen milepæl for Fermi-teamet," skrev Elisa Prandini, en postdoktor ved instituttet for fysikk og astronomi ved University of Padova i Italia, i et perspektivstykke i samme utgave av Science. Prandini, som ikke var involvert i den nåværende forskningen, avsluttet også sitt perspektiv med en omtale av James Webb romteleskopet og de mer "direkte" målingene det kunne gi.
