Skjult i mørket blandt stjernene er alt lyset, som universet har skabt siden Big Bang.
Nu tror forskere, de ved omtrent hvor meget lys der er. Siden deres fødsel et par millioner år efter Big Bang har stjerner produceret omkring 4 x 10 ^ 84 fotoner, eller lyspartikler, ifølge nye målinger rapporteret i dag (29. november) i tidsskriftet Science.
Det meste af lyset i universet stammer fra stjerner, sagde Marco Ajello, studiemedforfatter og en astrofysiker ved Clemson University.
Her er hvad der sker: Stjerner som vores sol drives af nukleare reaktioner i kernen, hvor brintprotoner smeltes sammen for at skabe helium. Denne proces frigiver også energi i form af gammastråle-fotoner. Disse fotoner har hundrede millioner gange mere energi end de almindelige fotoner, vi ser som synligt lys.
Da solens kerne er meget tæt, kan disse fotoner ikke slippe ud og i stedet fortsætte med at støde på atomer og elektroner og til sidst miste energi. Hundretusinder af år senere forlader de solen, med omkring en million gange mindre energi end synligt lys, sagde Ajello.
Lyset, som vi kan se, kommer fra fotoner skabt af stjerner i vores egen galakse, inklusive solen. At måle alt det andet lys i andre dele af universet - skjult i den mørke himmel blandt de stjerner, vi kan se - er "vanskeligt, fordi det er meget, meget svagt," fortalte Ajello til Live Science. Faktisk ville det at prøve at se alt lys i universet være som at se på en 60-watts lyspære fra 4 km væk, tilføjede han.
Så Ajello og hans team brugte en indirekte metode til at måle dette lys og stole på data fra NASAs Fermi Gamma-ray Space Telescope, der har kredset om Jorden siden 2008. Forskerne kiggede på gammastråler udsendt fra 739 blazars (utroligt lyse galakser med sorte huller, der skyder gamma-stråler i vores retning) og en gammastråle-burst (en ekstrem højenergieksplosion) for at estimere, hvor meget stjernelys der eksisterede under forskellige epoker af universet - jo længere væk kilden til gammastrålerne , jo længere siden.
Når de passerer gennem universet, interagerer fotonerne i disse gammastråler med det "ekstragalaktiske baggrundslys", en tåge ultraviolette, optiske og infrarøde fotoner produceret af stjerner. Denne proces omdanner fotonerne til elektroner og deres antimaterielle partnere, positroner. Ved at opdage disse små ændringer var Ajello og hans team i stand til at estimere, hvor meget stjernelys eller "tåge" der var på forskellige tidspunkter.
Forskerne fandt, at stjerner dannet i den højeste hastighed for omkring 10 milliarder år siden, og at efter dette blev stjernedannelsen mindsket enormt. Den samlede mængde stjernelys, der nogensinde er produceret, "er ikke meget vigtig," sagde Ajello.
Faktisk kunne det 4 x 10 ^ 84-tal, som forskerne beregnet for det samlede antal producerede fotoner, være ca. 10 gange for lavt. Det er fordi det ikke inkluderer fotoner i det infrarøde spektrum, som har en lavere energi end synligt lys, sagde Ajello.
Det mere spændende resultat er, at forskerne kunne beregne, hvor mange og hvilke typer fotoner der eksisterede under forskellige epoker af universet, startende fra (næsten) begyndelsen. Ajello og hans team konstruerede en stjernelyshistorie, der spænder over mere end 90 procent af den kosmiske tid. For at konstruere de andre 10 procent, den meget, meget begyndelse af stjernelys, "vi er måske nødt til at vente 10 år til iagttagelse," sagde Ajello.
Et øjebliksbillede af stjernelyset, der blev skabt i universets barndom, kunne komme fra det massive James Webb-rumteleskop, der skønnes at have en lancering i 2021, sagde Ajello.
Dette er "endnu en milepæl for Fermi-teamet," skrev Elisa Prandini, en postdoktor i instituttet for fysik og astronomi ved University of Padova i Italien, i et perspektivstykke i samme nummer af Videnskab. Prandini, der ikke var involveret i den aktuelle forskning, afsluttede også sit perspektiv med en omtale af James Webb-rumteleskopet og de mere "direkte" målinger, det kunne give.
