解密宇宙恒星形成历史的星光计数

[ 录入者:Melipal | 时间:2019-01-09 21:54:13 | 作者:Melipal 译 | 来源:Sky & Telescope | 浏览:523次 ]

原文标题:Starlight Tally Reveals Cosmic History of Star Formation

作者:Christopher Crockett    原文来自:SkyandTelescope.com   Posted: 2018. 12. 5

编译:Melipal   审校:Linq

将近110年前,宇宙以10倍于现今的速度产生着恒星。但宇宙中的所有星光加起来的亮度也不如从几英里外看到的一盏60瓦白炽灯。

这张伽玛射线全天图展示了费米望远镜测量河外背景光期间所用的739个耀变体(以绿色十字表示)银河系盘面从画面中心穿过。(图片提供:NASA / DOE / Fermi-LAT Collaboration)

4x1084——也就是4后面跟着84个零。根据最新的估计,这是宇宙整个历史中所有星系中恒星发出的紫外、可见光和近红外光子的数量。

在11月30日的《科学》杂志上,通过将所有这些来自星光的光子加在一起,天文学家拼起了大爆炸后138亿年来恒星形成速率盈亏的更新版时间线。这一新的时间线与先前的独立估计相符——宇宙的产星工厂最高产的年代是大爆炸过后大约30亿年,自那之后产量逐渐下降。

从星系中逃逸出去的大多数星光构筑了名为河外背景光的光子雾霾。直接测量这种光线是很微妙的。因此一个名叫费米大面积望远镜合作组的国际研究小组考察了背景光同耀变体发出的伽玛射线辐射的相互作用。耀变体是由星系中心特大质量黑洞驱动的辐射泉井。

为了计数星光,研究者分析了费米伽玛射线空间望远镜在9年的时间里对739个耀变体(外加1个伽玛射线暴)的伽玛射线观测。来自这些耀变体的光线要花费2亿到116亿年不等的时间才能抵达地球。通过测量各个耀变体发出的特定频率的伽玛光受抑制的情况,小组估计出了不同时间河外背景光强度的变化情况,进而揭示出了充涌在整个宇宙中的总光子数量。

艺术家笔下的NASA费米伽玛射线空间望远镜。(图片提供:NASA / Sonoma State University / Aurore Simonnet )

虽然4x1084这个数字看似很大,实际上却只是宇宙微波背景辐射光子数量的万分之一左右。而考虑宇宙之大,所有星光的总强度实际上很弱。来自克莱姆森(Clemson)大学的合作者马可·阿耶洛(Marco Ajello)说,这“相当于从2.5英里的距离之外观看一盏60瓦白炽灯。”

在任何给定时间上,这种背景光反映了在此之前已存在的所有恒星数量。这使得研究者可以重构出纵贯大半宇宙史的恒星形成速率。其他天文学家之前通过直接测量短寿命的大质量恒星发出的紫外光来构筑了这段历史,不过后一种方法可能会错过宇宙最初数十亿年间大量相对较暗弱的星系。

对恒星形成速率的新测量与早先的估计吻合得很好。这一速率在将近110亿年前达到最高峰,此时每立方兆秒差距(边长300万光年的立方体)的空间每年会将质量大约相当于太阳0.1倍的气体转化为恒星。这一速率是当前的10倍左右。

作为对比,我们的银河系大约每年能够形成7颗恒星。阿耶洛说。但在那时,银河系应该能够每年产生大约70颗恒星。他表示:“我们的银河系以及宇宙被照亮得宛如圣诞树。”

 

参考文献:

费米大面积望远镜合作组,《对宇宙产星史的伽玛射线测量》,《科学》,2018年11月30日。

(全文完)

Tags:河外背景光 伽马射线

责任编辑:Melipal

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