為何擁有如此多星星的宇宙依然很黑暗?

在夜空中,你看到的幾乎每一個光點都是一顆星星——一個巨大的、熱火的太陽將原子粉碎在一起,產生許多光年外的電磁能量。如果我們想要進一步地瞭解這些恆星形成、發光和死亡的原因,我們需要從測量它們開始。克萊姆森大學的科學家做了一個特別令人敬畏的測量:他們計算出了宇宙中曾經產生過多少星光。這是一個非常,非常大的數字。

為何擁有如此多星星的宇宙依然很黑暗?

當你向耀變體許願時

科學家認為,第一顆恆星是在我們宇宙只有幾億年時形成的。今天,宇宙大約有137億年的歷史,而那幾顆恆星現在的數量達到萬億。但科學家知道,這些恆星不只是在時間上穩定地流淌。相反,在我們宇宙的歷史中,恆星的形成速度已經改變。透過精確測量宇宙中的光,這些研究人員旨在更多地瞭解這些變化發生的時間以及方式。

為何擁有如此多星星的宇宙依然很黑暗?

為此,他們使用了美國宇航局的費米太空望遠鏡。費米的設計不是像花園式後院望遠鏡那樣觀測可見光,而是用來測量人眼看不見的伽馬射線。但是它們很厲害:伽馬射線是電磁光譜上能量最大的光。

因此,最豐富的伽馬射線來源也非常強大,這是很自然的:星系中心的超大質量黑洞。當這些旋轉的宇宙廚房將物質排入其引力時,物質會升溫併發出光。有時,這些黑洞最終會從每一端射出令人難以置信的明亮的伽馬射線,如果一個噴氣式飛機指向我們的方向,這就是科學家所說的耀變體。

為何擁有如此多星星的宇宙依然很黑暗?

在我們說話的時候,有數百束這些星系死亡伽馬射線光束直接射向地球,費米望遠鏡已經做好了捕捉它們的準備。具體來說,望遠鏡會密切觀察伽馬射線與另一個弱得多的光(稱為星系外背景光(EBL)的相互作用。這是一個古老的宇宙霧,由宇宙中的第一個星光形成,自此便吸收了光子,或光粒子,從新的恆星和其他光源,在整個宇宙的歷史。即使在這些光源被扼殺了之後,它們的光子仍然像一艘幽靈船一樣在空隙中移動,船上有一艘早已死去的船員。瞭解這些光子的形成地點和時間,會為我們提供更多關於宇宙中恆星形成歷史的無價資訊。

為何擁有如此多星星的宇宙依然很黑暗?

當伽馬射線遇到EBL的霧時,它們的高能光子會粉碎成對電子和正電子,使伽馬射線射流在費米可以測量的一個明顯變化中稍微變暗。這些測量使科學家能夠跟蹤霧成分的變化,這有助於他們估計宇宙歷史特定時期產生的光量。

為何擁有如此多星星的宇宙依然很黑暗?

牆上的四瓶八角形啤酒

科學家們對天空中所有739個耀變體進行了這種分析。‘’透過利用距離我們不同地方的耀變體,我們測量了不同時間段的總星光,‘’這項研究的合著者、克萊姆森大學物理和天文學系的博士後Vaidehi Paliya在一份宣告中說。‘’我們測量了每個紀元的星光總量——10億年前、20億年前、60億年前等等——一直追溯到恆星最初形成時。這使我們能夠重建EBL,以比以前更有效的方式確定宇宙的恆星形成歷史。牆上的四瓶八角形啤酒

為何擁有如此多星星的宇宙依然很黑暗?

所以他們發現什麼了?宇宙歷史上發射的光子數是4x10^84。是 4,000,000,000,000,000,000,000,000, 000, 000, 000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 = 4 與 84 零。

由於這是一個難以想象的巨大數字,下面是一些其他數字與其所進行的比較。我們的太陽每年會發射約3x10^52個光子,一個60瓦的燈泡每秒發射2x10^20個光子。

既然擁有了所有的光,夜空又為何依然如此黑暗,這不奇怪嗎?事實上,這觸及了一個在19世紀曾令許多科學家困惑的難題。這個想法被稱為奧爾伯斯悖論,它說,在無限恆星的無限宇宙中,每一小片空白空間都應該被某處的星星填滿——然而夜空並沒有被光照亮!

為何擁有如此多星星的宇宙依然很黑暗?

從那時起,我們就明白了原因。一個是顯而易見的:宇宙不是無限的,恆星的數量也不是無限的。第二個原因是,我們的宇宙是如此古老和廣闊,並且以如此的速度膨脹,以至於許多恆星的可見光還沒有機會到達我們。其中一些永遠不會:當最遠的星系越來越快地離我們遠時,它們的光會轉移到光譜的紅色端,並最終變成紅外波長,我們用肉眼看不到。光子,光子無處不在,只有一些能被看到。

參考資料

1。WJ百科全書

2。天文學名詞

3。零度星系- Ashley Hamer- curiosity-阿雨

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