Галактические гало могут скрывать огромное количество звёзд-сирот

[Король Альтов]

http://science.compulenta.ru/716869/
Инфракрасное фоновое излучение неба, присутствующее в районах, где нет чётко различимых объектов, давно интригует астрономов. На этот счёт есть две группы теорий. Согласно первой, источником такого ИК-излучения являются молодые галактики из ранней Вселенной, где газ был нагрет до весьма высоких температур. Вторые полагают, что источник инфракрасного фона — тусклые галактики, расположенные в относительной близости от Млечного Пути, но не видимые нами в оптическом диапазоне из-за пыли и газа.

Не вдаваясь в детали, отметим, что дискуссия идёт давно, и на каждый аргумент оппонентов защитники противоположной точки зрения обычно находят логичный ответ. Как теперь выясняется, ошибались, возможно, обе стороны, хотя и в разной степени.

Как же объяснить наблюдаемый фон? Учёные выдвинули гипотезу о его связи с одиночными звёздами, находящимися в межгалактическом пространстве. По мере роста и столкновений галактик часть их звёзд в результате гравитационного взаимодействия получала слишком большую скорость и покидала насиженные места, хотя и оставалась в пределах галактического гало из тёмной материи, значительно более протяжённого и массивного (в десятки и более раз), чем центральные части галактических систем. «Кандидаты на вылет» и сегодня заметны в Млечном Пути: это гиперскоростные звёзды, хотя их огромная скорость вызывается, скорее всего, другими причинами.

По подсчётам астрономов, в целом таких звёзд-сирот, оказавшихся за пределами своих галактических систем, примерно 0,1% от обычных. И хотя это лишь одна звезда на тысячу, только из Млечного Пути таким образом могло ускользнуть до сотен миллионов светил, ныне скитающихся в межзвёздном пространстве.

Отчёт об исследовании можно найти в журнале Nature.

PS. А не могут ли астрономы ошибаться, и звезд одиночек там на порядки больше, включая потухшие мертвые звезды и черные дыры?

[Король Альтов]

http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1179318

Космическое инфракрасное фоновое излучение

Что мы видим на небе, кроме звезд? Ответ зависит от того, какой тип излучения рассматривается, и для некоторых длин волн природа вещества, создающего фоновое излучение, все еще неизвестна. Однако недавно изображения с высоким разрешением фонового излучения в близком инфракрасном диапазоне были получены на телескопе 2MASS, и результаты подтвердили более ранние оценки, что оно более чем в два раза ярче, чем ожидалось. Небольшая область неба с космическим инфракрасным фоном показана выше в условных цветах. Виден свет, излученный самыми первыми звездами и галактиками во Вселенной, когда возраст Вселенной составлял меньше половины ее возраста в настоящее время. Инфракрасный фон более однороден, чем Вселенная в наше время, так как раньше звезды были распределены равномернее. Яркость фона показывает, что интенсивное звездообразование происходило во Вселенной в интервале космологических красных смещений от одного до семи.

[Король Альтов]

https://mediarepost.ru/news/10301-infrakrasnoe-izluchenie-ukazalo-na-neizvestnyy-tip-galaktik.html

Инфракрасное излучение указало на неизвестный тип галактик

Исследователи из Токийского университета проанализировали большое количество данных, ранее накопленных массивом радиотелескопов ALMA (Чили). Им удалось найти источник примерно 60 процентов инфракрасного фонового излучения, заполняющего все сектора звёздного неба. Происхождение остальной его части установить не удалось. По мнению учёных, это может означать, что нам неизвестны целые классы значимых астрономических объектов. Работа опубликована в The Astrophysical Journal Supplement Series.
Авторы статьи изучали снимки, сделанные в диапазоне волн длиной в 1,2 микрометра (коротковолновое инфракрасное излучение). Сверяя выявленные в этой части спектра объекты со снимками оптических телескопов, астрономы смогли обнаружить 133 очень тусклых видимых объекта (в основном карликовые галактики), расположенных там, откуда шло фоновое инфракрасное излучение. Попутно учёные поставили рекорд, выявив при тщательном анализе снимков один объект, который был впятеро тусклее любого другого из ранее открытых.
Несмотря на столь беспрецедентно тщательный поиск, в изученном секторе неба так и не удалось найти источников видимого света, соответствующих 40 процентам от всего фонового инфракрасного излучения.
— Мы понятия не имеем, что это могут быть за источники. Можно лишь спекулятивно предположить, что это очень небольшие галактики, полностью скрытые пылью, — полагает Масами Оучи (Masami Ouchi), один из авторов работы.
Как он отмечает, если это так, то научному сообществу требуется пересмотреть свои нынешние представления о небольших галактиках. Сегодня считается, что они не могут содержать больших количеств пыли, поскольку быстро расходуют её в процессе звездообразования.
— Наши результаты, возможно, означают, что в удалённых от нас районах Вселенной существует множество объектов неожиданной природы, – заключает учёный.
Всего в окружающей нас Вселенной есть три типа фонового излучения, исходящего из пространства между наблюдаемыми звёздами и галактиками. Происхождение двух из них совершенно ясно. Реликтовое (микроволновое) излучение исходит от горячего газа, 13,7 миллиарда лет назад заполнявшего всю Вселенную сразу после её рождения.
Видимое фоновое излучение стало результатом рассеивания света обычных звёзд и других источников видимого света. До сих пор неясным остаётся лишь природа фонового космического инфракрасного излучения. В теории за него в космосе может отвечать только нагретая соседними звёздами пыль, поглотившая видимое излучение звёзд, а затем переизлучающая его в виде волн с большей длиной (инфракрасных).
Однако на практике основная масса наблюдаемых звёзд находится в эллиптических галактиках, практически лишённых пыли. Да и в остальных известных нам типах галактик нужного количество пылевых частиц просто нет. Поэтому некоторое время назад возникла гипотеза, что существуют галактики, полностью скрытые пылью.
Поскольку любая действительно большая галактика будет слишком яркой и заметной в оптическом диапазоне, постольку такие гипотетические объекты могут быть только карликовыми галактиками, окутанными пылевыми облаками. Проблема такой гипотезы в том, что пыль обычно свойственна районам, где формируется множество молодых звёзд — намного больше, чем, например, в окрестностях Земли. В то же время у известных карликовых галактик это происходит весьма редко.

[Король Альтов]

http://cosmo.labrate.ru/CIBR/

Космическое инфракрасное фоновое излучение

Космическое фоновое ИК-излучение (CIRB) является излучением звезд из множества слабых галактик. Это то, что остается после того из картинки вычитаются излучение нашей Солнечной системы и нашей галактики. Здесь приведены изображения неба до и после вычитания излучения переднего плана. Ближняя инфракрасная (длины волн около 2-3 микрон) и оптическая (длины волн около 500 нм) части этого внегалактического фонового света является просто звездным светом, сдвинутым красным смещением в инфракрасную область спектра. Однако часть света звезд поглощается пылью и переизлучается в дальнем инфракрасном диапазоне (длины волн вблизи 100 микрон). Нижний рисунок красным цветом показывает космическое фоновое инфракрасное излучение в центре справа, космическое оптическое фоновое излучение по данным Ребекки Бернштайн (Rebecca Bernstein) - синим цветом далеко справа, мои повторные расчеты по фоновому излучению в дальней инфракрасной области - красным в центре слева, излучение [FDS] 60 и 100 микрон - синим, космическое реликтовое излучение серым далеко слева.

Реликтовое излучение намного интенсивнее представленных полей излучения, с общей яркостью в 996 нВт/м2/стерадиан. Космический фон в дальней ИК-области, о котором было объявлено в Январе 1998г, имеет полную яркость в 34 нВт/м2/стерадиан, тогда как космический фон в ближней инфракрасной области по данным [Gorjian, Wright & Chary] и [Wright & Reese] имеют суммарную яркость при сложении с фоновым оптическим излучением чуть менее 60 нВт/м2/стерадиан. Вместе эти фоновые ИК-диапазоны добавляют около 9% к общей интенсивности реликтового излучения.
Черные точки на этом графике между 1 и 300 микрон означают данные, полученные в ходе эксперимента DIRBE на спутнике COBE. Красные точки изображают данные моих модифицированных и новых DIRBE результатов, в которых используется иная модель зодиакального света, чем та, что использовал [Hauser с соавт. (1998, ApJ, 508, 25).] Голубые символы нижнего предела (треугольнички, направленные углом вверх - прим. переводчика) основаны на обобщенном подсчете числа галактик, тогда как пурпурные символы верхнего предела (треугольнички, направленные углом вниз - прим. переводчика) основаны на фотон-фотонных столкновениях из наблюдений в гамма-диапазоне. Черные точки в диапазоне длин волн короче 1 микрона обозначают данные, полученные от
[Dube, Wickes & Wilkinson (1979, ApJ, 232, 333)],
[Toller (1983, ApJL, 266, 79)], и
[Hurwitz, Martin & Bowyer (1991, ApJ, 372, 167).]
Аппроксимирующая кривая рассчитана по модели l-CDM с Salpeter IMF по данным [Primack с соавт.], умноженная на 1.84, модифицированной для длин волн свыше 300 микрон, чтобы удовлетворить пределы искажений инструмента FIRAS, а также для длин волн короче, чем 0.8 микрон, для совпадения с данными оптического и ультрафиолетового диапазонов.

[Король Альтов]

http://secrets-world.com/space/14642-galakticheskie-galo-mogut-skryvat-ogromnoe-kolichestvo-zvezd-sirot.html

Галактические гало могут скрывать огромное количество звёзд-сирот

Инфракрасное фоновое излучение неба, присутствующее в районах, где нет чётко различимых объектов, давно интригует астрономов. На этот счёт есть две группы теорий. Согласно первой, источником такого ИК-излучения являются молодые галактики из ранней Вселенной, где газ был нагрет до весьма высоких температур.
Вторые полагают, что источник инфракрасного фона — тусклые галактики, расположенные в относительной близости от Млечного Пути, но не видимые нами в оптическом диапазоне из-за пыли и газа. Не вдаваясь в детали, отметим, что дискуссия идёт давно, и на каждый аргумент оппонентов защитники противоположной точки зрения обычно находят логичный ответ. Как теперь выясняется, ошибались, возможно, обе стороны, хотя и в разной степени.

Прежде считалось, что в огромном гало Млечного Пути (выделено голубым), кроме тёмной материи, нет почти ничего. Теперь получается, что там более 100 млн звёзд. (Иллюстрация NASA / M.Weiss, Ohio State / A.Gupta et al.) «Это инфракрасное фоновое излучение в нашем небе всегда было большой загадкой, — отмечает Асантха Курэй из Калифорнийского университета в Ирвайне (США), ведущий автор работы. — И у нас появились новые свидетельства тогом, что свет исходит от звёзд, задержавшихся между галактиками. Поодиночке они слишком тусклые, оттого мы их и не видим. Вероятно, мы наблюдаем коллективное свечение». Г-н Курэй и его коллеги исследовали довольно обширный участок ночного неба в созвездии Волопаса при помощи телескопа космического базирования «Спитцер». Наблюдения заняли 250 часов. Затем астрономы сравнили самые яркие и тусклые в ИК-диапазоне участки. А полученную разницу сопоставили с интенсивностью излучения, предлагаемого математическими моделями, которые основаны как на теории удалённых источников инфракрасного фонового излучения, так и на теории близких, но тусклых галактик. Выяснилось, что в глобальном масштабе фоновое ИК-излучение является слишком ярким, чтобы исходить от первых галактик ранней Вселенной. Во-первых, тех было очень мало, во-вторых, свет от них едва доходит до нас и в оптическом диапазоне, а в инфракрасном и вовсе должен быть очень слабым. Расхождения между моделями ИК-излучения из первых галактик и наблюдаемой интенсивностью ИК-фона тысячекратные, подчёркивают исследователи.

Если убрать все звёзды, видимые в направлении созвездия Волопаса (справа), получится картина неоднородного, но явственного ИК-фона (слева), рождаемого звёздами-сиротами. (Иллюстрация JPL-Caltech / A. Kashlinsky.) Теория о близких и слабо светящихся галактиках кажется более верной. Но и тогда ИК-фон должен быть сильнее по меньшей мере в 10 раз. «Идея не слишком далёких тусклых галактик лучше стыкуется с результатами наблюдений, но и она ошибочна, — рассуждает астроном Эдвард Райт из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США), один из соавторов работы. — Она расходится с данными наблюдений в десять раз, а гипотеза «далёких галактик» — примерно в тысячу». Как же объяснить наблюдаемый фон? Учёные выдвинули гипотезу о его связи с одиночными звёздами, находящимися в межгалактическом пространстве. По мере роста и столкновений галактик часть их звёзд в результате гравитационного взаимодействия получала слишком большую скорость и покидала насиженные места, хотя и оставалась в пределах галактического гало из тёмной материи, значительно более протяжённого и массивного (в десятки и более раз), чем центральные части галактических систем. «Кандидаты на вылет» и сегодня заметны в Млечном Пути: это гиперскоростные звёзды, хотя их огромная скорость вызывается, скорее всего, другими причинами. По подсчётам астрономов, в целом таких звёзд-сирот, оказавшихся за пределами своих галактических систем, примерно 0,1% от обычных. И хотя это лишь одна звезда на тысячу, только из Млечного Пути таким образом могло ускользнуть до сотен миллионов светил, ныне скитающихся в межзвёздном пространстве. Отчёт об исследовании можно найти в журнале Nature. Подготовлено по материалам Лаборатории реактивного движения НАСА.

[Король Альтов]

Почему ночью небо темное?

Если Вселенная состоит из миллиардов галактик и каждая из них населена миллиардами звезд, которые в течение миллиардов лет испускали фотоны, то почему она не залита светом? Немецкий астроном Вильгельм Ольберс (Wilhelm Olbers, 1758-1840) задумался над этим в 1820-х гг., а загадка получила название парадокса Ольберса, или фотометрического парадокса. Еще древние астрономы и философы удивлялись, почему небо темное, и задавались вопросом, не стоит ли за этой темнотой тайна эволюции Вселенной. Эти ученые мужи были настоящими провидцами!
На самом деле во вселенской тьме больше света, чем нам кажется. Даже в глубоком космосе, вдали от звезд Млечного Пути, межгалактическое пространство не абсолютно черное. Оно светится благодаря так называемому рассеянному внегалактическому фоновому излучению (ВФИ). Это излучение состоит из фотонов, испущенных всеми когда-либо существовавшими звездами и галактиками, и представлено светом всех длин волн— от ультрафиолетового до инфракрасного. Свет удаленных галактик очень слаб, поскольку межгалактическое пространство огромно и в этих масштабах в нем не так уж много светящихся галактик (или тех, которые светились когда-то). Поскольку Вселенная расширяется, фотоны, испущенные галактиками за всю ее историю, разлетались по всему космическому пространству и постепенно разредились. Кроме того, в результате расширения свет от далеких галактик претерпевал красное смещение— длина его волны увеличивалась, перемещаясь в невидимую для глаза область электромагнитного спектра.
Наблюдать внегалактическое фоновое излучение напрямую невозможно вследствие высокой яркости современных звезд и галактик. Но в 2012-2013 гг. группа астрофизиков (в том числе двое из нас, Альберто Домингес и Джоэл Примак) смогли «увидеть» внегалактическое фоновое излучение, опираясь на данные, полученные с помощью Космического гамма-телескопа <Ферми> и наземных детекторов гамма-излучения очень высокой энергии, так называемой системы атмосферных гамма-телескопов с использованием эффекта Черенкова. Поскольку звезды дают май больший вклад в ВФИ либо сами по себе, либо раскаляя межзвездную пыль, которая испускает свет больших длин волн. ВФИ представляет собой хранилище памяти об образовании звезд в разные эпохи на протяжении всей истории Вселенной. Отслеживая изменение ВФИ за несколько миллиардов лет, мы сможем проследить эволюцию галактик с древнейших времен до сегодня. Со временем это позволит нам изучить самое первое поколение галактик, существовавших 13 млрд лет назад, свет от которых слишком слаб, чтобы его можно было увидеть напрямую с помощью современных телескопов.

[Король Альтов]

Происхождение внегалактического фонового излучения

Парадокс Ольберса оставался по сути философским вопросом вплоть до 1960-х гг., когда благодаря выдающимся астрономическим открытиям, затрагивающим все области электромагнитного спектра, космология перешла от умозрительных построений к строгим наблюдениям. Обнаруживались все новые и новые галактики причудливой формы и межгалактические объекты. Становилось ясно, что Вселенная наполнена разреженным фотонным «газом». Составляющие его фотоны имели самые разные длины волн и следовательно, обладали разной энергией (чем меньше длина волны, тем выше энергия, и наоборот). Этот газ включал фоновое и ряд других видов излучений, которые распространялись по всем направлениям. Самое интенсивное из них — космическое микроволновое фоновое (или реликтовое) излучение, отголосок Большого взрыва. Его открыли в 1965 г. молодые американские астрофизики Арно Пензиас (Arno Penzias) и Роберт Вудро Вильсон (Robert Woodrow Wilson), работавшие тогда в AT&T Bell Laboratories, за что получили в 1978 г. Нобелевскую премию по физике. В 1960-х гг. с помощью геофизических зондирующих ракет был зарегистрирован другой вид излучения — диффузное внегалактическое рентгеновское гамма-излучение, а в конце 1960-х гг. орбитальная солнечная обсерватория обнаружила еще один тип фонового излучения — гамма-лучи очень высокой энергии.
ВФИ включает ближний ультрафиолет, видимый свет и инфракрасное излучение; оно второе по энергии и интенсивности после реликтового. В отличие от последнего, оно возникло не одномоментно, а нарастало в течение миллиардов лет, с момента образования первых звезд в первых галактиках спустя примерно 200 млн лет после Большого взрыва. ВФИ увеличивается и сегодня с рождением новых звезд.
Прямое измерение ВФИ посредством регистрации составляющих его фотонов с помощью телескопов сродни наблюдению за тусклой лентой Млечного Пути ночью среди ярко сияющих театральных афиш, рекламных щитов и небоскребов на площади Таймс-сквер в Нью-Йорке. У ВФИ много «конкурентов» в видимом и инфракрасном диапазонах. Земля находится в чрезвычайно яркой галактике, состоящей из миллиардов звезд и облаков светящегося газа, и этот свет затмевает внегалактическое фоновое излучение. Что еще хуже— Земля «обитает» в очень хорошо освещенной Солнечной системе: рассеяние солнечного света космической пылью в окрестностях ее орбиты порождает зодиакальный свет— иногда настолько яркий, что в темное время суток в определенное время года его по ошибке можно принять за утреннюю зарю. Длины волн этого рассеянного света находятся в том же диапазоне, что и у ВФИ.
Так можно ли надеяться, что когда-нибудь удастся напрямую идентифицировать низко энергетические ВФИ-фотоны, если их «забивает» гораздо более мощное свечение Солнечной системы и Млечного Пути? Врядли. По крайней мере наземные и космические телескопы не смогли этого сделать. В 2000 г. Пьеро Мадау из Калифорнийского университета в Санта-Крузе и Лючия Поццетти (Lucia Pozzetti), работающая в Астрономической обсерватории Болоньи, суммировали интенсивность света, идущего от галактик, обнаруженных с помощью Космического телескопа «Хаббл». (Напомним, что внегалактическое фоновое излучение — это весь свет, излучаемый в диапазоне от ближнего ультрафиолета до инфракрасной области, включая свет от самых ярких галактик, измерить который не составляет труда, плюс свет от таких тусклых
галактик, что их невозможно увидеть в телескоп.) Но при таком способе нельзя вычленить свет тусклых галактик или другие возможные источники света, следовательно, он дает лишь нижний предел возможной яркости ВФИ при различных длинах волн.
В 2011 г. Домингес и Примак вместе с другими нашими коллегами установили более строгие нижние пределы для ВФИ, суммировав интенсивность инфракрасного и видимого света, зарегистрированного с помощью наземных и космических телескопов, который испустили ближайшие галактики примерно 8 млрд лет назад, что соответствует немногим больше половины времени от настоящего момента до Большого взрыва. (Заглянуть в глубокий космос на огромные расстояния— это примерно тоже, что заглянуть назад в бесконечность, поскольку мы видим космические объекты сейчас, когда свет от них достиг наших телескопов, такими, какими они были миллиарды лет назад.) Мы сравнили спектры излучения галактик, удаленных от нас на разное расстояние— т.е. относящихся к разным космическим эпохам. Это наилучший на сегодня способ определения яркости ВФИ. основанный на наблюдениях. Мы оценили верхнюю и нижнюю границы ВФИ даже для более удаленных и старых галактик, у которых параметр красного смещения больше 1.
Но чтобы оказаться внутри этого предела — т.е. реально измерить яркость внегалактического фонового излучения. — нужны другие подходы.

[Король Альтов]

Сталкивающиеся фотоны

В 1960-х гг. у астрофизиков возникла идея «проникнуть внутрь»* ВФИ через его взаимодействия с другими, более легко поддающимся наблюдениям излучениями.
Известно, что фотоны иногда сталкиваются друг с другом, в частности высокоэнергетические гамма-кванты могут сталкиваться с низкоэнергетическими фотонами, например квантами света, испускаемого звездами. В момент столкновения фотоны исчезают, а на их месте появляются электрон и его античастица, позитрон. Возникает вопрос: что произойдет, если гамма-лучи высокой энергии, идущие из далекого космоса, встретятся на пути к Земле с низкоэнергетическими фотонами ВФИ? Будут ли последние ослаблять видимую с Земли яркость гамма-излучения их источника? Если ослабление обнаружится, можно будет установить структуру ВФИ.
Этот вопрос оставался открытым до 1992 г., когда установленный на борту орбитальной гамма-обсерватории «Комптои» (Compton Gamma Ray Observatory) гамма-телескоп Energetic Gamma Ray Experiment Telescope (EGRET) впервые зарегистрировал новый тип источников гамма-лучей — блазары, галактики со сверхмассивными черными дырами в центре, испускающими мощные струи гамма-частиц. Некоторые блазары, например Markarian 421 (Мгк421), испускают гамма-лучи колоссальной — 20 трлн эВ — энергии, что примерно в 100 млн раз больше энергии рентгеновских лучей, применяемых в медицине.
Markarian 421 находится от нас на расстоянии примерно 400 млн световых лет. т.е. относительно близко в межгалактическом масштабе. Обнаружив в 1990-х гг. такой мощный источник гамма-лучей. Примак подумал: может быть, аналогичные блазары есть и на значительно большем удалении от Земли, что помогло бы в изучении ВФИ? Впоследствии такие очень далекие «теравольтные» блазары действительно были обнаружены. Как использовать этот факт. Домингес понял в 2006 г.. во время работы над кандидатской диссертацией в Севильском университете в Испании, где он изучал блазары с помощью системы телескопов Черенкова (MAGIC).
В 2012 г. Домингес стал членом коллектива из 150 астрофизиков, возглавляемых Марко Аджелло (Marco Ajello), который первым измерил количество света блазара, поглощаемого ВФИ. Исследователи тщательно изучили данные, полученные с помощью запущенного NASA Космического гамма-телескопа «Ферми», проанализировали результаты наблюдений за 150 блазарами, находящимися на разном удалении от Земли, чтобы определить, как сильно ослабляются гамма-лучи по мере прохождения сквозь «толщу» ВФИ. Наблюдения расширились до параметра красного смещения 1.6, что соответствует свету, излученному почти
10 млрд лет назад.
Чтобы продвинуться дальше, нужно было разобраться в природе блазаров и таким образом выяснить, какое количество гамма-лучей разной энергии блазар испустил до того, как некоторые из этих лучей были поглощены в результате соударения с протонами ВФИ по всему внегалактическому пространству в миллиарды световых лет.
Оптимальным подходом к оценке исходной плотности излучения блазаров представляется объединение теоретических моделей их «деятельности»— прежде всего способа генерирования высокоэнергетического гамма-излучения— с результатами телескопических наблюдений испускаемых ими низкоэнергетических гамма- и рентгеновских лучей, которые были поглощены ВФИ. По-видимому, высокоэнергетическое гамма-излучение многих блазаров порождается входе так называемого синхротронного обратного комптоновского (Synchrotron-Self-ConipLon, SSC) рассеяния. Электроны и позитроны струй блазара, взаимодействуя с магнитными полями, испускают рентгеновские лучи. Часть их соударяется с электронами такой же энергии, порождая гамма-лучи. SSC-модели позволяют предсказать исходную интенсивность высокоэнергетического гамма-излучения, сопоставляя ее с интенсивностью низкоэнергетического гамма-излучения, которую мы можем измерить.
В 2013 г. Домингес, Примак, Джастин Финк (Justin Finke) из Научно-исследовательской лаборатории ВМФ США, Франциско Прада (Francisco Prada) из Института астрофизики Андалусии и трое других ученых сопоставили результаты проведенных практически одновременно наблюдений за 15 блазарами, находящимися на разных космологических расстояниях. Для этого были задействованы шесть космических кораблей NASA и несколько наземных телескопов, работающих в разных диапазонах длин волн. Мы сравнили данные, полученные с помощью гамма-телескопа «Ферми», с интенсивностью рентгеновских лучей, испускаемых теми же блазарами, измеренной спутниками космической рентгеновской обсерваторией «Чандра», орбитальной обсерваторией «Свифт», космическими рентгеновскими телескопами «Росси» и «Ньютон», а также наземными обсерваториями в оптическом и радиодиапазонах.
Сопоставляя эти наблюдения, сделанные на различных длинах волн, с предсказаниями SSC-моделей, мы смогли оценить неослабленную яркость гамма-лучей, испускаемых девятью самыми мощными блазарами, чья энергия излучения измеряется теравольтами. Сравнив эти данные с результатами прямых измерений, сделанных наземными телескопами, ослабленного гамма-излучения тех же самых блазаров, которое доходит до Земли, мы определили плотность ВФИ по его «отпечатку», оставленному в спектре излучения блазаров с разным параметром красного смещения, т.е. находящихся на разном удалении от Земли.

[Король Альтов]

Окно в прошлое

Обнаружение внегалактического фонового излучения было одной из самых сложных задач в наблюдательной астрономии: регистрация такого слабого рассеянного света потребовала координированной работы нескольких телескопов и целых научных коллективов по всему миру. Зато теперь мы имеем новый мощный инструмент для изучения истории космоса. Как только стало ясно, что блазары— весьма ценный объект сточки зрения исследований ВФИ, а произошло это в 1990-х гг.. Примак и Донн Макминн (Donn MacMinn), в то время подающий большие надежды дипломник колледжа Калифорнийского университета в Санта-Крузе, задались вопросом: нельзя ли извлечь из получаемых результатов информацию об эволюции галактик? У нас до сих пор остаются без ответа множество фундаментальных вопросов относительно их образования. Так, мы не знаем, что представляют собой многочисленные массивные звезды на разных стадиях формирования, каким образом космическая пыль поглощала свет звезд и переизлучала его при больших длинах волн, как изменяются звезды, образовавшиеся в галактиках, походу эволюции Вселенной. Макминн и Примак поставили перед собой цель исследовать гамма-излучение блазаров, находящихся от нас на разном расстоянии, т.е. излучение, прошедшее сквозь разную толщину ВФИ, чтобы попытаться ответить на некоторые из этих основополагающих вопросов и приоткрыть завесу над тайной формирования звезд в разные эпохи.
Так, известно, что удаленные галактики ранней Вселенной визуально существенно отличаются от близлежащих галактик: это не правильные сфероиды или изумительные по красоте спирали, а компактные образования нерегулярной формы. Последнее отчасти объясняется столкновениями между ранними галактиками, поскольку юная Вселенная была намного плотнее сегодняшней. Кроме того, ранние галактики излучают гораздо больше света в инфракрасном диапазоне, чем близлежащие. Это значит, что спектр ВФИ, исходящего от далеких старых галактик, отличается от такового ВФИ, порождаемого более молодыми галактиками, которые находятся ближе к нам.
Таким образом, особенности поглощения гамма-лучей ВФИ-фотонами из глубокого космоса — — т.е. в далеком прошлом— тоже должны отличаться от таковых для ближнего космоса. Действительно, к 1994 г. Maкминн и Примак, основываясь на многочисленных модельных построениях, пришли к выводу, что главный фактор, определяющий характеристики ВФИ, это время формирования галактики— источника фотонов. Введя ряд космологических допущений, мы спрогнозировали, как будет расти во времени затухание потока фотонов под действием ВФИ. и в конце концов продемонстрировали, что, опираясь на данные о поглощении ВФИ гамма-квантов, исходящих от теравольтных источников, которые находятся от нас на разном расстоянии, можно сравнивать альтернативные теории эволюции галактик.
Теперь, когда у нас есть первые характеристики ВФИ, основанные на данных об ослаблении излучения блазаров, можно попытаться получить картину формирования звезд и галактик за все время существования Вселенной. Например, полученный нами спектр ВФИ дает представление о том, что происходило на пике формирования звезд— в «космический полдень» — в период между 8 и 12 млрд лет назад. В спектре четко видны два всплеска: один связан с ультрафиолетовым и оптическим излучением звезд, другой, более сильный — с излучением в дальнем инфракрасном диапазоне, вероятно, связанным с космической пылью. Известно, что вспыхивающие звезды порождают пыль, состоящую из таких элементов, как углерод, водород и железо, которая окутывает области формирования звезд; в «космический полдень» эта пыль поглотила большую часть света звезд и переизлучила его в инфракрасном диапазоне. ВФИ позволяет узнать, насколько обычными в то время были такие «запыленные» галактики, а это, в свою очередь, дает ключ к пониманию процесса образования твердых планет (в том числе Земли), поскольку такие планеты содержат большое количество космической пыли.

[Король Альтов]

Взгляд в будущее

Трудно передать словами, что испытывает человек, когда его давняя мечта воплощается в жизнь. Мы оказались такими счастливчиками: наблюдения за внегалактическим фоновым излучением с применением множества разнообразных те лескопов подтвердили наши предположения. И какое же удовольствие — анализировать теперь эту информацию, полученную с помощью совершенно нового космологического инструмента, прослеживая связь эволюции ВФИ и всей Вселенной.
Дальнейшие исследования могут поведать нам, что происходило во Вселенной в еще более ранние периоды. Если нам удастся включить в наблюдения несколько источников гамма-излучения с еще большим параметром красного смещения, мы сможем проникнуть в тайну реионизации Вселенной (когда ультрафиолетовое излучение от самых первых звезд выбивало электроны из атомов водорода) в первый миллиард лет после Большого взрыва. Эту цель преследует масштабный международный проект Cherenkov Telescope Array, который сейчас находится на стадии разработки и предполагает возведение в Северном и Южном полушариях массивов телескопов, предназначенных для регистрации гамма-лучей в широком диапазоне энергий. И когда мы получим окончательные количественные оценки ВФИ, у нас появится возможность выяснить природу блазаров, этих экзотических объектов Вселенной.
Интересно, что плотность ВФИ, измеренная косвенным путем с помощью нашего метода оценки ослабления гамма-лучей, согласуется с величиной, оцененной независимо по данным для наблюдаемых галактик более ранних космических эпох. Это свидетельствует об адекватности метода изучения ВФИ с помощью ослабления гамма-лучей, что приближает нас к истине.
С совершенствованием наблюдательных методов совпадение между результатами разных способов измерений будет либо становится еще более полным, тем самым значительно уменьшая вероятность существования альтернативных источников света во Вселенной (таких, например, как распадающиеся гипотетические реликтовые частицы в юной Вселенной), либо, напротив, ухудшаться. И тогда придется предположить, что существуют какие-то неизвестные нам астрофизические явления (например, превращение экзотических гипотетических частиц в гамма-лучи). Установить истину помогут такие проекты, как строящаяся сейчас обсерватория Cherenkov Telescope Array, орбитальный космический телескоп «Джеймс Уэбб», наземный широкоугольный телескоп-рефлектор Large Synoptic Survey Telescope (LSST) и система тридцатиметровых наземных телескопов.
Итак, объяснение парадоксу Ольберса найдено: ночное небо только кажется темным. На самом деле оно наполнено светом всех когда-либо существовавших галактик, просто этот свет трудно обнаружить. Это фоновое излучение, пронизывающее каждый кубический сантиметр космического пространства, постоянно пополняется светом от вспышек сверхновых, ярким свечением облаков газа, сиянием новых звезд.