مخفي في الظلام بين النجوم هو كل الضوء الذي خلقه الكون منذ الانفجار الكبير.
يعتقد العلماء الآن أنهم يعرفون تقريبًا مقدار الضوء. منذ ولادتها بعد بضعة ملايين من السنين من الانفجار العظيم ، أنتجت النجوم حوالي 4 × 10 ^ 84 فوتونًا ، أو جزيئات الضوء ، وفقًا لقياسات جديدة تم الإبلاغ عنها اليوم (29 نوفمبر) في مجلة Science.
قال ماركو أجيلو ، المؤلف المشارك للدراسة وعالم الفيزياء الفلكية بجامعة كليمسون ، إن معظم الضوء في الكون يأتي من النجوم.
إليك ما يحدث: يتم تشغيل النجوم مثل شمسنا من خلال التفاعلات النووية في القلب ، حيث يتم دمج بروتونات الهيدروجين معًا لإنشاء الهليوم. تطلق هذه العملية أيضًا طاقة على شكل فوتونات أشعة غاما. هذه الفوتونات لديها طاقة مائة مليون مرة أكثر من الفوتونات العادية التي نراها كضوء مرئي.
نظرًا لأن قلب الشمس كثيف جدًا ، لا يمكن لتلك الفوتونات الهروب وبدلاً من ذلك تستمر في الارتطام بالذرات والإلكترونات ، مما يؤدي في النهاية إلى فقدان الطاقة. وقال أجيللو إن مئات الآلاف من السنين تركوا الشمس بعد ذلك ، بطاقة تقل بنحو مليون مرة عن الضوء المرئي.
يأتي الضوء الذي يمكننا رؤيته من الفوتونات التي أنشأتها النجوم في مجرتنا ، بما في ذلك الشمس. وقال أجيلو لـ Live Science إن قياس كل هذا الضوء الآخر في أجزاء أخرى من الكون - مخبأة في السماء المظلمة بين النجوم التي نراها - "صعب ، لأنه خافت جدًا جدًا". وأضاف ، في الواقع ، فإن محاولة رؤية كل الضوء في الكون يشبه النظر إلى مصباح كهربائي بقوة 60 واط على بعد 2.5 ميل (4 كيلومترات).
لذا ، استخدم أجيلو وفريقه طريقة غير مباشرة لقياس هذا الضوء ، بالاعتماد على بيانات من تلسكوب Fermi Gamma-ray Space Telescope التابع لوكالة ناسا ، والذي يدور حول الأرض منذ عام 2008. نظر الباحثون إلى أشعة غاما المنبعثة من 739 blazars (مشرقة بشكل لا يصدق المجرات ذات الثقوب السوداء التي تطلق أشعة غاما في اتجاهنا) وانفجار أشعة غاما واحد (انفجار عالي الطاقة للغاية) لتقدير مقدار ضوء النجوم الموجود خلال فترات مختلفة من الكون - أبعد مصدر أشعة غاما منذ زمن أطول.
أثناء مرورها عبر الكون ، تتفاعل الفوتونات في أشعة غاما مع "ضوء الخلفية خارج المجرة" ، وهو ضباب من الفوتونات فوق البنفسجية والبصرية والأشعة تحت الحمراء التي تنتجها النجوم. تحول هذه العملية الفوتونات إلى إلكترونات وشركائها من المواد المضادة ، البوزيترونات. من خلال اكتشاف هذه التغييرات الصغيرة ، تمكن أجيلو وفريقه من تقدير مقدار ضوء النجوم أو "الضباب" الذي كان موجودًا في أوقات مختلفة.
ووجد العلماء أن النجوم تشكلت بأعلى معدل منذ حوالي 10 مليارات سنة ، وبعد ذلك ، انخفض تكوين النجوم بشكل كبير. وقال اجيلو إن الكمية الإجمالية من ضوء النجوم المنتجة على الإطلاق "ليست مهمة للغاية".
في الواقع ، يمكن أن يكون الرقم 4 × 10 ^ 84 الذي حسبه الباحثون لإجمالي عدد الفوتونات المنتجة حوالي 10 أضعاف منخفضة جدًا. قال أجيلو ذلك لأنه لا يحتوي على فوتونات في طيف الأشعة تحت الحمراء ، التي لديها طاقة أقل من الضوء المرئي.
النتيجة الأكثر إثارة هي أنه يمكن للباحثين حساب عدد الفوتونات وأنواعها الموجودة خلال فترات مختلفة من الكون ، بدءًا من البداية (تقريبًا). قام أجيلو وفريقه بتأسيس تاريخ ضوء النجوم يمتد لأكثر من 90 بالمائة من الوقت الكوني. وقال أجيلو أنه من أجل بناء الـ 10 بالمائة الأخرى ، وهي بداية ضوء النجوم ، "نحتاج إلى الانتظار ربما 10 سنوات أخرى من المراقبة".
قال Ajello إن لقطة من ضوء النجوم التي تم إنشاؤها خلال طفولة الكون يمكن أن تأتي من تلسكوب جيمس ويب الفضائي الضخم ، والذي يُقدر أنه سيتم إطلاقه عام 2021.
كتب إليسا برانديني ، زميل ما بعد الدكتوراه في قسم الفيزياء وعلم الفلك في جامعة بادوفا في إيطاليا ، في مقالة منظورية في نفس العدد من العلوم ، "هذه علامة فارقة أخرى لفريق فيرمي". برانديني ، التي لم تشارك في البحث الحالي ، أنهت أيضًا منظورها مع ذكر تلسكوب جيمس ويب الفضائي والقياسات "المباشرة" التي يمكن أن تسفر عنها.
