Biểu đồ này cho thấy các vị trí của 150 blazar (các chấm màu xanh lá cây) được sử dụng trong một cái mới của Kính thiên văn Fermi Gamma-Ray. Tín dụng: Cộng tác NASA / DOE / Fermi LAT
Tất cả ánh sáng được tạo ra bởi mọi ngôi sao đã từng tồn tại vẫn còn ở ngoài đó, nhưng thì việc nhìn thấy nó và đo nó chính xác là vô cùng khó khăn. Giờ đây, các nhà thiên văn học sử dụng dữ liệu từ Kính viễn vọng không gian tia Gamma của NASA Fermi đã có thể nhìn vào các vệt sáng xa để giúp đo ánh sáng nền từ tất cả các ngôi sao đang tỏa sáng hiện tại. Điều này cho phép đo ánh sáng sao chính xác nhất trong toàn vũ trụ, từ đó giúp thiết lập giới hạn về tổng số sao đã từng tỏa sáng.
Nhà khoa học hàng đầu Marco Ajello từ Viện Kavli cho biết, ánh sáng quang học và tia cực tím từ các ngôi sao vẫn tiếp tục truyền khắp vũ trụ ngay cả khi các ngôi sao ngừng phát sáng và điều này tạo ra một trường bức xạ hóa thạch mà chúng ta có thể khám phá bằng cách sử dụng tia gamma từ các nguồn xa xôi. Vật lý thiên văn và Vũ trụ học tại Đại học Stanford ở California và Phòng thí nghiệm Khoa học Vũ trụ tại Đại học California tại Berkeley.
Kết quả của họ cũng cung cấp mật độ sao trong vũ trụ khoảng 1,4 sao trên 100 tỷ năm ánh sáng, có nghĩa là khoảng cách trung bình giữa các ngôi sao trong vũ trụ là khoảng 4.150 năm ánh sáng.
Tổng ánh sáng của sao trong vũ trụ được gọi là ánh sáng nền ngoài vũ trụ (EBL), và Ajello và nhóm của ông đã điều tra EBL bằng cách nghiên cứu các tia gamma từ 150 blazar, một trong những hiện tượng năng lượng nhất trong vũ trụ. Chúng là những thiên hà được cung cấp năng lượng bởi các lỗ đen cực kỳ năng lượng: chúng có năng lượng lớn hơn 3 tỷ volt điện tử (GeV), hoặc gấp hơn một tỷ lần năng lượng của ánh sáng khả kiến.
Các nhà thiên văn học đã sử dụng bốn năm dữ liệu Fermi trên các tia gamma có năng lượng trên 10 tỷ volt (GeV) và thiết bị Kính thiên văn Khu vực Lớn Fermi (LAT) là thiết bị đầu tiên phát hiện hơn 500 nguồn trong dải năng lượng này.
Đối với tia gamma, EBL hoạt động như một loại sương mù vũ trụ, nhưng Fermi đã đo lượng hấp thụ tia gamma trong quang phổ blazar do tia cực tím và ánh sáng nhìn thấy được ở ba kỷ nguyên khác nhau trong lịch sử vũ trụ.
Fermi đã đo lượng hấp thụ tia gamma trong quang phổ blazar được tạo ra bởi tia cực tím và ánh sáng sao nhìn thấy được ở ba kỷ nguyên khác nhau trong lịch sử vũ trụ. (Ảnh: Trung tâm bay không gian NASA NASA Goddard)
Cho đến nay, với hơn một nghìn được phát hiện, blazar là nguồn phổ biến nhất được Fermi phát hiện, nhưng tia gamma ở những năng lượng này rất ít, đó là lý do tại sao phải mất bốn năm dữ liệu để thực hiện phân tích này, thành viên nhóm nghiên cứu cho biết. Justin Finke, nhà vật lý thiên văn tại Phòng thí nghiệm nghiên cứu hải quân ở Washington.
Tia gamma được tạo ra trong các máy bay phản lực blazar truyền qua hàng tỷ năm ánh sáng tới Trái đất. Trong cuộc hành trình của họ, các tia gamma đi qua một màn sương mù cực tím và ánh sáng cực tím phát ra từ các ngôi sao hình thành trong suốt lịch sử của vũ trụ.
Thỉnh thoảng, một tia gamma va chạm với ánh sao và biến thành một cặp hạt - một electron và đối tác phản vật chất của nó, một positron. Một khi điều này xảy ra, ánh sáng tia gamma bị mất. Trên thực tế, quá trình này làm giảm tín hiệu tia gamma theo cách tương tự như sương mù làm mờ ngọn hải đăng xa xôi.
Từ các nghiên cứu về blazar gần đó, các nhà khoa học đã xác định có bao nhiêu tia gamma nên được phát ra ở các năng lượng khác nhau. Blazar xa hơn cho thấy ít tia gamma hơn ở năng lượng cao hơn - đặc biệt là trên 25 GeV - nhờ sự hấp thụ của sương mù vũ trụ.
Sau đó, các nhà nghiên cứu đã xác định mức suy giảm tia gamma trung bình trên ba khoảng cách: Nhóm gần nhất là từ khi vũ trụ 11,2 tuổi, nhóm giữa khi Vũ trụ là 8,6 tỷ năm và nhóm xa nhất từ khi Vũ trụ 4,1 tỷ năm tuổi.
Hoạt hình này theo dõi một số tia gamma xuyên qua không gian và thời gian, từ sự phát xạ của chúng trong tia sáng xa xôi cho đến khi chúng đến Kính viễn vọng Khu vực Lớn Fermi Âm (LAT). Trong cuộc hành trình của họ, số lượng các tia cực tím và quang học di chuyển ngẫu nhiên (màu xanh) tăng lên khi ngày càng có nhiều ngôi sao được sinh ra trong vũ trụ. Cuối cùng, một trong những tia gamma gặp một photon ánh sáng sao và tia gamma biến đổi thành electron và positron. Các photon tia gamma còn lại đến Fermi, tương tác với các tấm vonfram trong LAT và tạo ra các electron và positron có đường đi qua máy dò cho phép các nhà thiên văn quay ngược lại các tia gamma về nguồn của chúng.
Từ phép đo này, các nhà khoa học đã có thể ước tính độ dày sương mù.
Những kết quả này mang lại cho bạn cả giới hạn trên và dưới về lượng ánh sáng trong Vũ trụ và lượng sao đã hình thành, Fin nói trong buổi họp báo hôm nay. Các ước tính trước đây chỉ là một giới hạn trên.
Và các giới hạn trên và dưới rất gần nhau, Volker Bromm, một nhà thiên văn học tại Đại học Texas, Austin, nhận xét về những phát hiện này. Kết quả của Fermi mở ra khả năng thú vị trong việc hạn chế thời kỳ hình thành sao vũ trụ sớm nhất, do đó tạo tiền đề cho Kính viễn vọng Không gian của NASA James James, ông nói. Nói một cách đơn giản, Fermi đang cung cấp cho chúng ta hình ảnh bóng của những ngôi sao đầu tiên, trong khi Webb sẽ trực tiếp phát hiện ra chúng.
Đo ánh sáng nền ngoài vũ trụ là một trong những mục tiêu nhiệm vụ chính của Fermi, và Ajello cho biết những phát hiện này rất quan trọng để giúp trả lời một số câu hỏi lớn trong vũ trụ học.
Một bài báo mô tả những phát hiện đã được công bố hôm thứ Năm trên Science Express.
Nguồn: NASA
