Fantastiškas skaičius, kurį įsivaizduojant apsisuka galva: nauji skaičiavimai, kiek Visatoje yra šviesos

Jei patinka didžiuliai skaičiai, iš esmės nieko naujo nepasakantys apie pasaulį, Clemson universiteto astrofizikas Marco Ajello turi jums puikų pavyzdį:\[4×10^{84}\] Tai bendras skaičius fotonų, kuriems per Visatos istoriją pavyko pasprukti iš žvaigždžių ir juos supančių dulkių į kosmosą. Aišku, jokia naujiena, kad skaičius tikrai ne ant pirštų skaičiuojamas, tad štai jis, visu savo neprilygstamu dydžiu. (Naujausiais vertinimais, Visatoje esančių atomų skaičius yra vos keliomis skaičiaus dydžio eilėmis mažesnis.)

Tačiau gebėjimas šį skaičių suskaičiuoti tėra gražus Ajello ir jo komandos naujo tyrimo pašalinis produktas. Šis tyrimas paremia ankstesnes teorijas apie žvaigždžių formavimosi spartą per visą Visatos istoriją, naudodamas toje šviesoje – formaliai vadinamą ekstragalaktiniu foniniu spinduliavimu – įstrigusią informaciją.

Ir žvaigždžių šviesa žavi mus ne šiaip sau.

Ekstragalaktinis foninis spinduliavimas, kaip galima matyti iš pavadinimo, yra žvaigždžių sukurto artimojo infraraudonojo, optinio ir ultravioletinio spinduliavimo dalis, kuriai pavyko prasibrauti į kosmoso erdvę, nesusidūrus su tas žvaigždes supančiomis dulkėmis. „Iš esmės, tai – visur esanti žvaigždžių šviesa,“ sakė Ajello Space.com. „Visa žvaigždžių išspinduliuota ir į kosmosą patekusi šviesa ir tampa šiuo fonu.“

Bet ekstragalaktinę foninę šviesą išmatuoti sunku, nes ji pasklidusi po Visatą ir ją nustelbia arčiau Žemės esantys ryškesni šaltiniai. Tad Ajello su bendraautoriais bandė apčiuopti šią foninę šviesą, pasinaudodami blazarais — galaktikomis, kurių branduolyje slypinti supermasyvi juodoji skylė skleidžianti aukštos energijos srautą daugmaž mūsų kryptimi. Duomenis apie blazarus ir jų skleidžiamus aukštos energijos gama spinduliavimą surinko NASA Fermi gama spindulių kosminis teleskopas.

Tyrimas remiasi erzinančia blazarų charakteristika: dalis didžiausios energijos jų sukuriamos šviesos susiduria su daug mažesnės energijos šviesos, tarkime, regimosios šviesos, dalelėmis. Iš tokio netolygių fotonų susidūrimo randasi elektrono ir pozitrono pora, iš esmės panaikinanti tą blazaro išspinduliuotą didelės energijos fotoną. „Viena vertus, jei studijuojate blazarus, tai – nieko gero. Tačiau šį reiškinį galima panaudoti kam kitam.“

Blazaro ir ekstragalaktinio fono šviesos fotonų sąveika vyksta tik specifiniame energijos lygyje. Tad mokslininkai iš žemesniame energijos lygyje sukurtos šviesos gali ekstrapoliuoti, kokia turėtų būti aukštesniame. Tada jie gali paskaičiuoti skirtumą, rodantį dalį, kuri pradingsta per susidūrimus. O tada jau nelabai sunku pažvelgti į kitą tokio susidūrimo pusę ir išmatuoti ekstragalaktinio fono šviesą.

Studijuodama blazarus — jei tiksliau, 739 — esančius skirtingu atstumu nuo Žemės, komanda sugebėjo atsekti ekstragalaktinio fono šviesos pokyčius laike. „Matuojant žvaigždžių šviesos pokyčius Visatoje, galima transformuoti juos į atitinkamus žvaigždžių formavimosi matmenis,“ sakė Ajello. „Tiksliai atsekėme, kaip jie kito per visatos istoriją.“

„Nauja yra to panaudojimas kosminės žvaigždžių formavimosi istorijos tyrimams,“ sakė Joshi. Šį klausimą mokslininkams knietėjo išsiaiškinti jau seniai, bet kol kas jiems teko tai daryti netiesiogiai ir remtis kokiomis nors išankstinėmis prielaidomis, o tai niekada nėra idealu. „[Ankstesnių vertinimų] problema yra tai, kad pradinė masės funkcija yra… iš tiesų tai spėjimas, pirminis spėjimas, ir jis sukuria neapibrėžtumą,“ paaiškino Joshi.

Tai, kad kai kurios kitokiu būdu – be išankstinių prielaidų – gautos išvados apie žvaigždžių formavimosi spartos kitimą atitinka ankstesnius vertinimus, astrofizikus, aišku guodžia, sako Joshi. Tai padeda tas išvadas ne tik patvirtinti, bet ir rodo, kad senuoju būdu vertindami žvaigždžių formavimosi istoriją, mokslininkai pernelyg nuo tiesos nenukrypo.

Taigi, kada žvaigždės gimdavo dažniausiai? Maždaug prieš 10 milijardų metų. Ir to įrodymai įspausti šių žvaigždžių šviesoje.

Tyrimas aprašytas straipsnyje, publikuotame lapkričio 29 dienos žurnale Science.

Meghan Bartels
www.space.com