Что происходит со светом, которые излучают звезды? Частично он поглощается в межзвездных газопылевых облаках, чтобы затем, нагрев их, переизлучиться в инфракрасном диапазоне. Гораздо меньшая доля света переходит в энергию химических связей: создавая сложные молекулы, этот свет делает возможным наше с вами существование. Подавляющая же часть излучения звезд уходит «в никуда» — пускается в путешествие по беспредельным просторам космоса.

За миллиарды лет существования Вселенной свет от бесчисленного множества звезд наполнил космическое пространство в видимом, ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах спектра. Теперь он составляет непрерывный фон, подобный реликтовому микроволновому излучению, который остался после Большого Взрыва.

Для светового фона, порожденного звездами, астрономы ввели специальный термин: внегалактическое фоновое излучение. Исследовать этот вид излучения очень трудно, так как оно попросту теряется в гораздо более мощном свете близких звезд и галактик. И все же группа американских ученых нашла интересный способ обнаружить и исследовать его.

Для своих целей они использовали космический телескоп «Ферми», который улавливает свет в гамма-диапазоне. Типичные «клиенты» этого телескопа — черные дыры, квазары и блазары — объекты, в которых происходят самые высокоэнергетические процессы во Вселенной. Казалось бы, какая может быть связь между мощным гамма-излучением далеких черных дыр и внегалактическим фоном, который находится в совсем другом диапазоне электромагнитного спектра?

Оказывается, присутствие оптического фона можно обнаружить по поглощению в спектрах далеких источников гамма-излучения. На пути к Земле гамма-лучи определенной энергии могут сталкиваться с квантами видимого или ультрафиолетового света (то есть, с тем самым фоном!). В момент столкновения фотоны исчезают, а на их месте появляется пара частиц электрон-позитрон. Ясно, что чем дальше находится источник гамма-излучения, тем больше будет происходить подобных явлений и, соответственно, тем больше гамма-света данного энергетического диапазона поглотится. Но в таком случае, измеряя поглощение в спектрах объектов, расположенных на разных расстояниях от Земли, можно определить плотность внегалактического фонового излучения.

150 блазаров на небе

Положение 150 блазаров относительно плоскости нашей Галактики. Исследуя спектры блазаров, астрономы сумели вычленить внегалактическое фоновое излучение. Фото: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration

Собственно, именно это и сделали астрономы. С помощью «Ферми» они наблюдали сразу за 150 блазарами, находящимися на расстояниях до 2,5 до 9,6 миллиардов световых лет от Земли. (Блазары — это очень яркие ядра галактик, внутри которых обитают активные черные дыры.) При этом ученых интересовало гамма-излучение вполне определенной энергии — свыше 10 ГэВ. В ходе исследования выяснилось: чем дальше находится блазар, тем сильнее поглощается его излучение с энергией свыше 25 ГэВ. Как следствие, потребовалось целых четыре года наблюдений, чтобы накопить статистику по очень далеким блазарам.

Результат себя оправдал: ученые не только сумели получить «отпечаток» первых светил, но и получили новые данные о процессе рождения самых первых звезд. Оказалось, что скорость формирования первых звезд была несколько ниже, чем считалось ранее. Другой вывод еще интересней: по плотности фона астрономы определили среднее расстояние между звездами во Вселенной. Согласно расчетам, в среднем 1,4 звезды приходится на 100 миллиардов кубических световых лет пустого пространства! Другими словами, среднее расстояние между звездами составляет 4150 световых лет.

Степень поглощения гамма-лучей с энергией свыше 10 ГэВ в зависимости от удаления источника. (Данные для объектов, находящихся на расстоянии 2,5, 5,1 и 9,6 миллиардов св. лет от Земли). Рисунок: NASA's Goddard Space Flight Center

По материалам NASA.