Satelit Fermi razkriva zvezdno svetlobo nastalo skozi zgodovino vesolja

29. november 2018

V raziskavi znanstvene kolaboracije Fermi LAT, v kateri je sodelovala tudi dr. Gabrijela Zaharijas iz Centra za astrofiziko in kozmologijo Univerze v Novi Gorici, so s pomočjo sevanja gama izmerili celotno količino svetlobe, ki so jo oddale zvezde v zadnjih 90% zgodovine vesolja (zadnjih 12 milijard let).

Meritve s satelitom Fermi so pokazale, da je bil vrhunec nastajanja zvezd v našem vesolju pred okrog 10 milijardami let. Nova odkritja o zvezdni svetlobi so objavljena v reviji Science.

Naše razumevanje vesolja v veliki meri temelji na našem razumevanju razvoja zvezd skozi zgodovino vesolja. Zvezde proizvedejo večino svetlobe, ki jo vidimo v vesolju. Poleg tega so pomembne, saj v različnih procesih povezanih z njimi nastajajo kemijski elementi, ki so težji od vodika in helija in jih v prvotnem vesolju, kmalu po njegovem nastanku, še ni bilo. Kot je lepo povedal Carl Sagan: “Naš planet, naša družba in mi sami smo zgrajeni iz zvezdne snovi.”
Eden od načinov, s katerim lahko proučujemo razvoj zvezd, je merjenje celotne količine svetlobe, ki so jo zvezde oddale skozi zgodovino vesolja in ji strokovnjaki pravijo zunajgalaktična svetloba ozadja (angl. extragalactic background light – EBL).

Proučevanje zunajgalaktične svetlobe ozadja je eden od namenov satelita Fermi, ki je letos praznoval svojo 10-letnico delovanja. Satelit Fermi meri visoko-energijsko gama svetlobo, ki prihaja iz visoko-energijskih procesov v vesolju, kakršno je na primer padanje snovi v črno luknjo in jo zaznavajo posebni detektorji. Kako nam torej lahko visoko-energijska gama svetloba pove nekaj o zvezdni svetlobi, ki ima veliko nižje energije in jo lahko zaznajo tudi naše oči?

Ko delec oz. foton visoko-energijske gama svetlobe na poti skozi vesolje trči v foton zvezdne svetlobe, je ob trku na voljo dovolj energije, da lahko po slavni Einsteinovi enačbi E=mc2 nastane par delca (elektrona) in antidelca (pozitrona). Posledica nastanka delcev snovi je, da je sevanje gama, ki prihaja iz oddaljenih teles v vesolju, videti šibkejše, podobno kot megla oslabi soj avtomobilskih žarometov.

Znanstveniki v kolaboraciji Fermi LAT so proučili gama svetlobo, ki prihaja iz 739 blazarjev — galaksij, ki imajo v središču orjaško črno luknjo (na sliki 1 so blazarji prikazani z zelenimi križci) in jih je instrument LAT satelita Fermi zbral v obdobju devetih let. Iz tega, kako močno je bila gama svetloba iz teh blazarjev oslabljena zaradi trkov z zvezdno svetlobo, so lahko izmerili, kako se je zunajgalaktična svetloba ozadja spreminjala s časom skozi zgodovino vesolja. Razkrili so, da je bilo nastajanje zvezd v vesolju najbolj intenzivno pred okoli 10 milijardami let. To je pomembna potrditev prejšnjih ocen, ki so temeljile na opazovanju velikega števila posameznih oddaljenih galaksij z Vesoljskim teleskopom Hubble.

Nove meritve so pomembne tudi za usmerjenje prihodnjih raziskav z Vesoljskim teleskopom James Webb. Med Webbovimi glavnimi cilji je razkriti, kaj se je dogajalo v prvi milijardi let po Velikem poku, ko so se rojevale prve zvezde. Meritve z instrumentom Fermi LAT nam namreč povedo koliko zvezdne svetlobe lahko pričakujemo v tej prvi milijardi let obstoja vesolja.

Naslednje delovno srečanje kolaboracije Fermi LAT, ki jo sestavljajo raziskovalne institucije iz ZDA, Francije, Nemčije, Japonske, Italije idr., bo organizirala Univerza v Novi Gorici od 12. do 15. marca 2019 na Bledu. Ob tem dogodku bo imela širša javnost priložnost slišati več o tem in drugih pomembnih astrofizikalnih rezultatih kolaboracije Fermi LAT v javnem poljudnem predavanju, ki bo v Lanthierijevem dvorcu v Vipavi.

Raziskave dr. Gabrijele Zaharijas je sofinancirala Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije preko raziskovalnega programa P1-0031, infrastrukturnega programa I0-0033 in raziskovalnega projekta J1-8136.

Vir: NASA press release (Jeanette Kazmierczak, NASA’s Goddard Space Flight Center)
Priredili A. Gomboc in G. Zaharijas

Povezava do članka: http://science.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.aat8123

Video: https://youtu.be/V-v0DwNa194 – Sevanje gama iz oddaljenih galaksij, ki imajo v svojih središčih črno luknjo in jim pravimo blazarji, na svoji poti skozi vesolje trči v zvezdno svetlobo. Ta video prikazuje, kako lahko gama svetloba, ki doseže satelit Fermi, pomaga znanstvenikom izvedeti več o nastajanju zvezd skozi zgodovino vesolja. Vir: NASA’s Goddard Space Flight Center

Dodatne informacije

Andreja Leban
Stiki z javnostmi
T: 05 62 05 827
E: andreja.leban@ung.si

Karta celotnega neba prikazuje položaje 739 blazarjev (zeleni križci), ki so jih v raziskavi Fermi LAT uporabili za merjenje zunajgalaktične svetlobe ozadja. Ozadje (modra) prikazuje nebo, kot ga je v 9 letih opazovanj videl Fermi LAT v visoko-energijski gama svetlobi. Ravnina naše Galaksije poteka vodoravno po sredini slike. Vir: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration.