宇宙中的光有多少?你是否知道

2020-12-05 百家號

在所有人認為這是一件不可能完成的事時，一個天文學家團隊卻已經測量出了宇宙中所有恆星產生的光的總量。

宇宙中的恆星

以稱為光子的光量子粒子的總量是4萬億億億億億億億億億億億億億億億億億億億億億億。科學記數法為4×10，如果你想看這列數字有多長，那麼就是4，然後是84個零：4,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000。

周五，克萊姆森大學天體物理學家馬可·阿耶洛(Marco Ajello)和其團隊在《科學》(Science)雜誌上報導了這個看起來巨大的數字。但在整個宇宙中看來，所有這些光提供的照明大約相當於4000米外看到的60瓦燈泡。

60瓦燈泡亮度

天文學家估計我們可觀測的宇宙為一個半徑140億光年的氣泡，這代表了我們人類從一開始就能看到的距離，至少包含著2萬億星系和1萬億恆星。這些恆星和星系大多太遠太暗，用人類所知的任何望遠鏡都看不見。但這並不重要，阿耶洛博士和他的同事們說:這些恆星曾經輻射出的所有能量仍然與我們同在，讓宇宙充滿了一種霧，一種被稱為河外背景光(extragalbackground light)的光子海洋。

在這些恆星的光芒下，記錄了宇宙中恆星誕生和死亡的全部歷史，從137億年前恆星誕生到充滿憂慮的今天，這就是阿耶洛博士和他的團隊想要測量它的最初原因。他們試圖利用費米伽馬射線太空望遠鏡(Fermi gamma -ray Space Telescope)提供的數據來剖析這種霧及其歷史。費米伽馬射線太空望遠鏡是2008年發射的一顆研究伽馬射線的衛星，伽馬射線是天空中能量最高的電磁輻射形式。

在這架望遠鏡所能看到的奇異事物中，其中就有一種被稱為「布拉斯」的星系，它們基本上是類星體，是巨大的黑洞，能發射出高能伽馬射線束，被稱為「宇宙怪物」。耀變體是類星體的一類，其高能光束恰好指向地球。

耀變體

伽馬射線在太空中傳播時，會與河外背景中的光子發生碰撞，產生一對電子，並在此過程中損失一些能量。阿耶洛博士和他的團隊利用費米望遠鏡收集的10年數據，測量了739次爆發和一次被稱為伽馬射線爆發的爆炸所損失的伽馬射線能量。這些耀變體的距離從2億光年到116億光年不等。

在計算出了橫跨該距離（當然也是時間）的光子碰撞所損失的能量之後，研究人員就可以確定宇宙歷史上不同時期背景光的強度。然後，他們可以利用這些重建在大爆炸後大約十億年開始的恆星和星系的出現。

畫家筆下大爆炸後出現的恆星和星系

根據阿耶洛博士的數據，恆星的出生率在接下來的20億年裡仍會緩慢上升，在大約100億年前達到峰值。從那以後一直在走下坡路。恆星仍在誕生，但宇宙似乎正在走向衰老。今天，在我們自己的銀河系，每年仍然會有七顆恆星誕生。儘管有這麼多光子，但星光只佔宇宙光的百萬分之一。大爆炸中產生了更多的光子，現在以所謂的宇宙微波的形式存在於天空中，也就是說，1090個小的原始能量包，或多或少都有光的存在。

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