宇宙到底有多少星光？

胡勇

當(dāng)你走在金色的沙灘上，有沒有想過一個問題：這片沙灘上到底有多少沙子？這個問題很難回答，因為沙子太小，而整片沙灘又太大了。

其實一個類似的問題也一直困擾著科學(xué)家們，整個宇宙中到底有多少星光？這里說的星光，是指宇宙星體發(fā)出的光子。

不過，這個問題最近剛剛有了答案。來自美國克萊姆森大學(xué)的天文物理學(xué)家馬可·安杰洛和他的團(tuán)隊最近得出了一個數(shù)字：4×1084（數(shù)字4后面跟84個0），這個數(shù)字代表了宇宙中所有星體產(chǎn)生的光子數(shù)量。

物理學(xué)家認(rèn)為光線由一個個微小的光子組成，當(dāng)光子抵達(dá)我們的視網(wǎng)膜時，我們才能看到現(xiàn)實世界，對于那些看不見的光，我們無法知道它們的多少和確切位置。宇宙中充滿了光子，這些光子來源于每一個星系、每一個恒星。恒星和星系在它們存在的時期，都曾向宇宙空間釋放出光芒，這些光仍在宇宙的空間中穿行，只有一部分光會進(jìn)入太陽系，照向地球，其余的大量的光子會“遠(yuǎn)離”太陽系或者銀河系，形成河外星系背景光。

了解宇宙中的光也許可以幫助我們了解星體誕生和死亡的歷史，因此，安杰洛和他的團(tuán)隊想要測量宇宙中的光。那么如何測量宇宙中的光呢？

為此，他們利用了費米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡的觀測數(shù)據(jù)。

費米望遠(yuǎn)鏡是一個用來觀察宇宙中最極端環(huán)境的太空望遠(yuǎn)鏡，它能夠探測到伽馬射線（一種高能量的電磁波）。所有能夠發(fā)射伽馬射線的天體都是費米望遠(yuǎn)鏡的觀測對象，其中就包括耀變體。

耀變體是一種活躍的星系，以其劇烈的輻射和難以預(yù)測的行為而著稱。在耀變體的核心是一個超大質(zhì)量的黑洞，質(zhì)量可以達(dá)到數(shù)千億倍太陽質(zhì)量。隨著物質(zhì)向黑洞盤旋下落，其中一部分會以粒子噴流的形式被“反彈”回去，粒子噴流（包括伽馬射線）的速度近似光速，而我們只能觀測到指向地球的粒子噴流，也就是說，對其進(jìn)行觀測的我們通常處于噴流的“下游”。

隨著伽馬射線穿梭在宇宙中，這些高能量的粒子會與宇宙中漂浮的光子相撞，產(chǎn)生電子和正電子對，并且損失掉一部分的能量。

安杰洛團(tuán)隊分析了所有739個耀變體的伽馬射線觀測數(shù)據(jù)，得到了因為光子碰撞而損失的伽馬射線能量，并據(jù)此推測出宇宙背景光的密度。

在這些耀變體中，距離我們最近的有2億光年之遠(yuǎn)，而最遠(yuǎn)的距離我們116億光年。通過不同距離的能量損失，研究人員可以計算出不同時期宇宙光子的密度。

利用不同時期宇宙的光子密度，研究人員就可以重塑大爆炸后恒星和星系的產(chǎn)生歷史。根據(jù)安杰洛的數(shù)據(jù)，大約100億年前，宇宙中的恒星形成率就達(dá)到了峰值，此后一直在下降。雖然恒星還在產(chǎn)生，但是宇宙似乎在衰老。除此之外，安杰洛團(tuán)隊還得到了整個宇宙歷史中發(fā)出的全部星光，星光的總量就是開頭提到的數(shù)字——4×1084。