為證“消亡說”科學(xué)家測量宇宙全部星光

4×1084，這個巨大的數(shù)字實際上是宇宙歷史中所有恒星發(fā)出的光子總數(shù)。4×1084是個什么樣的概念？如果我們的太陽能夠繼續(xù)燃燒1032年，那么它所能釋放出的光子總數(shù)大約就是這個數(shù)字。

科學(xué)家是如何得知這個數(shù)字的

我們知道，自大爆炸以來，宇宙已經(jīng)持續(xù)不斷地膨脹了138億年。從任何方向看，我們視野所及的最遠距離為461億光年，在這個范圍內(nèi)有大約2萬億個星系。每個星系平均包含了數(shù)千億顆恒星，每顆恒星大約由1057個原子組成。

大部分恒星誕生于分子云，新形成的恒星所輻射出的星光會穿梭在宇宙之中，與它們遇到的所有原子相互作用。而最有趣的是，星光有可能與能量最高的光子——伽馬射線相互作用，從而產(chǎn)生新的粒子：電子-正電子對。這對那些運用太空伽馬射線望遠鏡進行研究的科學(xué)家來說尤為重要。

在宇宙中，一些星系中央擁有活躍的超大質(zhì)量黑洞，它們是非常好的極高能粒子（包括伽馬射線）發(fā)射體。超大質(zhì)量黑洞的周圍會形成一個由氣體、塵埃等組成的吸積盤。當(dāng)盤中的物質(zhì)落入黑洞時，引力能會轉(zhuǎn)化為光，使這些星系的中心非常明亮。在某些情況下，落入的帶電粒子會被磁場加速，形成以接近光速運動的噴流。當(dāng)一個星系產(chǎn)生的噴流正好指向地球時，它最明亮，因此也被稱為耀變體。

然而，無論何時，當(dāng)你觀察遙遠宇宙中的任何物體時，視線所經(jīng)之處都有物質(zhì)存在。氣體云的存在會吸收一部分光，我們可以通過分析吸收線來計算這部分光。我們可以測量它們的亮度、密度和其他屬性，以校準我們所研究的每一個耀變體。此外，耀變體散布在宇宙之中，來自太陽系的黃道效應(yīng)和來自銀河系的前景效應(yīng)都會影響我們所看到的耀變體。而每一個耀變體都有著本質(zhì)上獨一無二的能量和通量特性。

通過確定從耀變體到地球之間都存在哪些東西，我們就可以確定被研究的耀變體的屬性，從而也就有了一個校準良好的工作起點。這也提供了一種方法，可以使用伽馬射線望遠鏡來測量宇宙中所有的星光。我們可以這樣做：

首先，測量宇宙中所有被發(fā)現(xiàn)的耀變體。

然后，測量每個耀變體的紅移現(xiàn)象（此現(xiàn)象多用于天體的移動及規(guī)律的預(yù)測），這樣就可以知道它距離地球有多遠。

接著，測量伽馬射線望遠鏡接收到的伽馬射線的數(shù)量，將其作為紅移和耀變體亮度的函數(shù)。

最后，如前所述，當(dāng)伽馬射線與銀河系外的背景星光碰撞時，會產(chǎn)生電子-正電子對。利用所有這些信息，就可以計算出必須存在多少的背景星光，才能解釋損失掉的伽馬射線。

有了這些信息，費米-LAT合作項目研究了739個耀變體。在這些耀變體中，距離我們最近的也有2億光年之遠，而最遠的距離我們116億光年——這意味著從耀變體出發(fā)的光，經(jīng)過了116億年才能抵達地球，而那時宇宙的年齡只有22億年。

宇宙正在消亡，我們無能為力

他們的發(fā)現(xiàn)證實了之前的結(jié)果，并且提高了精度：大約100億年前，宇宙中的恒星形成率就達到了峰值，此后一直在下降。今天，恒星形成率只有早期最大形成率的3%，而宇宙形成新恒星的速率還在繼續(xù)下降。換句話說，宇宙正在消亡，而我們卻無能為力。

但這項研究得出了一個有趣而新穎的革命性結(jié)果。根據(jù)費米望遠鏡收集到的數(shù)據(jù)，科學(xué)家有史以來第一次能夠測量整個宇宙歷史中發(fā)出的全部星光。這是前所未有的。這些星光的總量是多少呢？就是開頭提到的數(shù)字：4×1084個光子，這個數(shù)字是宇宙中所有質(zhì)子、中子、電子總數(shù)的數(shù)千倍！這一發(fā)現(xiàn)可以幫助天文學(xué)家揭開恒星形成的完整歷史。