Das Universum, sagen uns die meisten Kosmologen, begann mit einem Knall. Irgendwann ging das Licht an. Wie viel Licht hat das Universum seit seiner Geburt vor 13,8 Milliarden Jahren produziert?
Auf den ersten Blick eine schwierige Antwort. Schalten Sie eine Glühbirne ein, schalten Sie sie aus und die Photonen scheinen zu verschwinden. Im Weltraum können wir sie jedoch aufspüren. Jedes Lichtteilchen, das jemals von Galaxien und Sternen ausgestrahlt wurde, ist noch unterwegs, weshalb wir mit unseren Teleskopen so weit in die Vergangenheit blicken können.
ZU neues Papier in demAstrophysikalisches Journalerforscht die Natur dieses extragalaktischen Hintergrundlichts oder EBL. Die Messung des EBL, so das Team, „ist für die Kosmologie so grundlegend wie die Messung der Wärmestrahlung, die vom Urknall (der kosmischer Mikrowellenhintergrund ) bei Funkwellenlängen.“
Es stellte sich heraus, dass uns mehrere Raumsonden der NASA geholfen haben, die Antwort zu verstehen. Sie betrachteten das Universum in jeder Wellenlänge des Lichts, von langen Radiowellen bis hin zu kurzen, energiegefüllten Gammastrahlen. Obwohl ihre Arbeit nicht bis zum Ursprung des Universums zurückreicht, liefert sie gute Messwerte für die letzten fünf Milliarden Jahre oder so. (Über die Alter des Sonnensystems , zufällig.)
Künstlerische Vorstellung davon, wie Gammastrahlen (gestrichelte Linien) gegen Photonen des elektromagnetischen Hintergrundlichts stoßen und Elektronen und Positronen erzeugen. Bildnachweis: Nina McCurdy und Joel R. Primack/UC-HiPACC; Blazar: Frame aus einer konzeptionellen Animation von 3C 120 erstellt von Wolfgang Steffen/UNAM
Es ist heute schwer, dieses schwache Hintergrundlicht gegen das starke Leuchten von Sternen und Galaxien zu sehen, genauso schwer wie die Milchstraße von Downtown Manhattan aus zu sehen, sagten die Astronomen.
Die Lösung beinhaltet Gammastrahlen und Blazare , die riesige Schwarze Löcher im Herzen einer Galaxie sind, die Materialstrahlen erzeugen, die auf die Erde zeigen. Genau wie eine Taschenlampe.
Diese Blazare senden Gammastrahlen aus, aber nicht alle erreichen die Erde. Einige, sagten Astronomen, „schlagen unterwegs ein unglückliches EBL-Photon“.
Wenn dies geschieht, werden die Gammastrahlen und die Photonen jeweils herausgerissen und erzeugen ein negativ geladenes Elektron und ein positiv geladenes Positron.
Interessanterweise produzieren Blazare Gammastrahlen mit leicht unterschiedlichen Energien, die wiederum von EBL-Photonen mit unterschiedlichen Energien selbst gestoppt werden.
Wenn wir also herausfinden, wie viele Gammastrahlen mit unterschiedlichen Energien von den Photonen gestoppt werden, können wir sehen, wie viele EBL-Photonen zwischen uns und den entfernten Blazaren liegen.
Wissenschaftler haben jetzt gerade angekündigt, dass sie sehen könnten, wie sich das EBL im Laufe der Zeit verändert hat. Weiter zurück ins Universum zu blicken, dient, wie bereits erwähnt, als eine Art Zeitmaschine. Je weiter hinten wir also sehen, wie die Gammastrahlen ausbrechen, desto besser können wir die Veränderungen des EBL in früheren Epochen abbilden.
Das Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop (früher GLAST genannt). Bildnachweis: NASA
Um es technisch zu machen, die Astronomen haben es so gemacht:
– Verglichen mit den Gammastrahlen-Befunden der Fermi Gammastrahlen-Weltraumteleskop zur Intensität der Röntgenstrahlung, die von mehreren Röntgenobservatorien gemessen wurde, darunter das Chandra X-Ray Observatory, die Swift Gamma-Ray Burst Mission, der Rossi X-ray Timing Explorer und XMM/Newton. Dadurch konnten Astronomen herausfinden, wie hell die Blazare bei verschiedenen Energien waren.
– Vergleich dieser Messungen mit denen von Spezialteleskopen am Boden, die den tatsächlichen „Gammastrahlenfluss“ der Erde von diesen Blazaren beobachten können. (Gammastrahlen werden in unserer Atmosphäre vernichtet und erzeugen einen Schauer subatomarer Teilchen, eine Art „Überschallknall“, genannt Cherenkov-Strahlung .)
Die Messungen, die wir in diesem Papier haben, liegen ungefähr so weit zurück, wie wir jetzt sehen können, fügten die Astronomen hinzu.
„Vor fünf Milliarden Jahren ist die maximale Entfernung, die wir mit unserer aktuellen Technologie untersuchen können“, sagte der Hauptautor der Studie, Alberto Dominguez.
„Natürlich gibt es weiter entfernte Blazare, aber wir können sie nicht erkennen, weil die von ihnen emittierten hochenergetischen Gammastrahlen von EBL zu stark abgeschwächt werden, wenn sie zu uns gelangen – so geschwächt, dass unsere Instrumente nicht empfindlich genug sind, um sie zu erkennen.“ .“
Quelle: Hochleistungs-Astrocomputerzentrum der University of California
