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  • 为何拥有如此多星星的宇宙依然很黑暗?

    在夜空中,你看到的几乎每一个光点都是一颗星星——一个巨大的、热火的太阳将原子粉碎在一起,产生许多光年外的电磁能量。如果我们想要进一步地了解这些恒星形成、发光和死亡的原因,我们需要从测量它们开始。克莱姆森大学的科学家做了一个特别令人敬畏的测量:他们计算出了宇宙中曾经产生过多少星光。这是一个非常,非常大的数字。

    为何拥有如此多星星的宇宙依然很黑暗?

    当你向耀变体许愿时

    科学家认为,第一颗恒星是在我们宇宙只有几亿年时形成的。今天,宇宙大约有137亿年的历史,而那几颗恒星现在的数量达到万亿。但科学家知道,这些恒星不只是在时间上稳定地流淌。相反,在我们宇宙的历史中,恒星的形成速度已经改变。通过精确测量宇宙中的光,这些研究人员旨在更多地了解这些变化发生的时间以及方式。

    为何拥有如此多星星的宇宙依然很黑暗?

    为此,他们使用了美国宇航局的费米太空望远镜。费米的设计不是像花园式后院望远镜那样观测可见光,而是用来测量人眼看不见的伽马射线。但是它们很厉害:伽马射线是电磁光谱上能量最大的光。

    因此,最丰富的伽马射线来源也非常强大,这是很自然的:星系中心的超大质量黑洞。当这些旋转的宇宙厨房将物质排入其引力时,物质会升温并发出光。有时,这些黑洞最终会从每一端射出令人难以置信的明亮的伽马射线,如果一个喷气式飞机指向我们的方向,这就是科学家所说的耀变体。

    为何拥有如此多星星的宇宙依然很黑暗?

    在我们说话的时候,有数百束这些星系死亡伽马射线光束直接射向地球,费米望远镜已经做好了捕捉它们的准备。具体来说,望远镜会密切观察伽马射线与另一个弱得多的光(称为星系外背景光(EBL)的相互作用。这是一个古老的宇宙雾,由宇宙中的第一个星光形成,自此便吸收了光子,或光粒子,从新的恒星和其他光源,在整个宇宙的历史。即使在这些光源被扼杀了之后,它们的光子仍然像一艘幽灵船一样在空隙中移动,船上有一艘早已死去的船员。了解这些光子的形成地点和时间,会为我们提供更多关于宇宙中恒星形成历史的无价信息。

    为何拥有如此多星星的宇宙依然很黑暗?

    当伽马射线遇到EBL的雾时,它们的高能光子会粉碎成对电子和正电子,使伽马射线射流在费米可以测量的一个明显变化中稍微变暗。这些测量使科学家能够跟踪雾成分的变化,这有助于他们估计宇宙历史特定时期产生的光量。

    为何拥有如此多星星的宇宙依然很黑暗?

    墙上的四瓶八角形啤酒

    科学家们对天空中所有739个耀变体进行了这种分析。"通过利用距离我们不同地方的耀变体,我们测量了不同时间段的总星光,"这项研究的合著者、克莱姆森大学物理和天文学系的博士后Vaidehi Paliya在一份声明中说。"我们测量了每个纪元的星光总量——10亿年前、20亿年前、60亿年前等等——一直追溯到恒星最初形成时。这使我们能够重建EBL,以比以前更有效的方式确定宇宙的恒星形成历史。墙上的四瓶八角形啤酒

    为何拥有如此多星星的宇宙依然很黑暗?

    所以他们发现什么了?宇宙历史上发射的光子数是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 与 84 零。

    由于这是一个难以想象的巨大数字,下面是一些其他数字与其所进行的比较。我们的太阳每年会发射约3x10^52个光子,一个60瓦的灯泡每秒发射2x10^20个光子。

    既然拥有了所有的光,夜空又为何依然如此黑暗,这不奇怪吗?事实上,这触及了一个在19世纪曾令许多科学家困惑的难题。这个想法被称为奥尔伯斯悖论,它说,在无限恒星的无限宇宙中,每一小片空白空间都应该被某处的星星填满——然而夜空并没有被光照亮!

    为何拥有如此多星星的宇宙依然很黑暗?

    从那时起,我们就明白了原因。一个是显而易见的:宇宙不是无限的,恒星的数量也不是无限的。第二个原因是,我们的宇宙是如此古老和广阔,并且以如此的速度膨胀,以至于许多恒星的可见光还没有机会到达我们。其中一些永远不会:当最远的星系越来越快地离我们远时,它们的光会转移到光谱的红色端,并最终变成红外波长,我们用肉眼看不到。光子,光子无处不在,只有一些能被看到。

    参考资料

    1.WJ百科全书

    2.天文学名词

    3.零度星系- Ashley Hamer- curiosity-阿雨

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