Астрофізики, використовуючи дані орбітального гамма-телескопа Фермі, проаналізували позагалактичне фонове світло і виявили пік формування зірок при червоному зміщенні z ауд 2. Це за стандартною космологічною моделлю відповідає моменту в минулому Всесвіту близько 10 мільярдів років тому. Проведений аналіз оцінює швидкість утворення зірок і дає орієнтир для майбутніх місій, які будуть досліджувати все ще темні періоди ранніх днів зіркової еволюції. Дослідження опубліковано в.
Зірки створюють більшу частину світу, який ми бачимо, і синтезують більшість важких елементів, таких як кремній і залізо. Однак незважаючи на величезну кількість зірок і галактик у Всесвіті ми бачимо лише те світло, що виходить від Сонця і нашої галактики, весь інший надзвичайно тьмяний. Тому вночі небо темне, а крім місячного світла, видно лише зірки і слабке світіння Чумацького Шляху. Цей ефект називається парадокс Ольберса.
Світло, випромінюване всіма галактиками за всю історію Всесвіту, виробляє так зване позагалактичне фонове світло (ВФС) на ультрафіолетових, видимих та інфрачервоних довжинах хвиль. Він продовжує летіти по космосу ще довго навіть після того, як його джерела згоріли, і являє собою своєрідний космічний туман, який заважає вченим спостерігати першоджерела світла. Але через нього здатні проникати гамма-промені, будучи найбільш високоенергетичною формою світла. Пролітаючи через позагалактичне фонове світло, вони вступають у взаємодії з частинками світла на всіх довжинах хвиль, залишаючи «відбиток» у своєму спектрі. Зіткнення між високоенергетичним гамма-променем та інфрачервоним світлом, наприклад, перетворює енергію на пару частинок, електрон і його аналог антиматерії, позитрон. Той самий процес відбувається, коли гамма-промені середньої енергії взаємодіють з видимим світлом, а гамма-промені низької енергії взаємодіють з ультрафіолетовим світлом. За допомогою орбітального гамма-телескопа Фермі, який цього року відзначив своє десятиліття, вчені можуть виявляти ці сліди загасання гамма-випромінювання і заглядати, таким чином, у глибини Всесвіту.
Астрофізики з університету Клемсона проаналізували гамма-сигнали від 739 блазарів (галактик з масивними чорними дірами у своїх центрах з релятивістськими джетами, спрямованими в бік спостерігача), зібрані телескопом Фермі протягом дев'яти років. Їх дослідження в п'ять разів збільшило кількість блазарів, аналізованих Фермі раніше і допомогло побудувати модель позагалактичного фонового світла, починаючи з моменту, коли вік Всесвіту становив 10% від сьогоднішнього. Вчені виявили, що пік зореутворення відбувався приблизно 10 мільярдів років назад. Однак слід зазначити, що вчені не можу виміряти відстань безпосередньо, оскільки Всесвіт розширився, поки випромінювання йшло до нас. Вони визначали його, аналізуючи червоне зміщення ВФС. Прочитати про те, в яких одиницях і як астрономи вимірюють космічні відстань можна тут і тут.
Нове дослідження стало важливим підтвердженням попередніх вимірювань швидкості зіроутворення, отриманих за допомогою місій, таких як телескоп Хаббл, які аналізують окремі джерела світла в ультрафіолетовому, видимому та інфрачервоному діапазонах. Однак подібні дослідження не здатні вловити більш тьмяні зірки і галактики і не можуть пояснити зіроутворення, яке відбувалося в міжгалактичному просторі. Аналіз позагалактичного фонового світла включає випромінювання з усіх джерел і дозволяє уникнути таких проблем. А підтвердження результатів попередніх досліджень показує, що аналіз позагалактичного фонового світла належним чином враховує червоні зміщення далеких галактик.
Розуміння зореутворення має значення для інших областей астрономічних досліджень, включаючи дослідження космічного пилу, еволюції галактик і темної матерії. Аналіз команди надасть майбутнім місіям керівництво для вивчення найбільш ранніх днів зіркової еволюції. Однією з таких місій стане космічний телескоп «Джеймс Вебб», який буде запущений в 2021 році і дозволить вченим вивчати формування початкових галактик. Одна з головних його цілей - розгадати, що сталося в перший мільярд років. Можливо, одного разу вчені навіть знайдуть спосіб повернутися до Великого Вибуху.
Раніше астрономам вже вдавалося знайти найбільш ранні зірки у Всесвіті. Тоді вчені змогли розглянути галактики, що сформувалися в епоху реіонізації, через 800 мільйонів років після Великого Вибуху. Крім того, вчені вивчили освіту зірок у пиловій галактиці віком 12.8 мільярда років тому.