Астрофизики смогли измерить количество звездного света за всю историю Вселенной. Оно составляет примерно 1084 фотонов. Ученые получили это число, проанализировав данные космического гамма-телескопа «Ферми» о 739 блазарах — активных галактических ядрах с джетами, направленными в сторону наблюдателя. Статья была опубликована в ноябре 2018 года в журнале Science. Мы попросили астрофизика Бориса Штерна прокомментировать эту новость.

Почему астрофизикам важно измерить количество фотонов в инфракрасном диапазоне, испущенных звездами за всю историю Вселенной? Во-первых, это просто интересно и говорит кое-что об интенсивности образования и горения звезд в разные периоды эволюции Вселенной. Во-вторых, инфракрасный свет мешает измерять спектры далеких объектов, таких как блазары. Это своего рода космические ускорители частиц, которые излучают гамма-кванты высоких энергий. Если пучок частиц попадает в нас, то мы видим очень яркий объект в области высокоэнергетичных гамма-квантов. Но гамма-кванты огромных энергий не летают очень далеко: их поглощает тот самый инфракрасный фон. Гамма-квант большой энергии сталкивается с фотоном низкой энергии, испущенным звездами. Рождается электрон-позитронная пара, а гамма-кванта больше нет. Поэтому мы плохо видим, как излучают далекие блазары. Чтобы восстановить начальные спектры, надо знать, сколько фотонов света излучают звезды. Но вычислить инфракрасный фон очень сложно. Существующие измерения разрознены и дают противоречивые результаты, поэтому плотность этого фона по-прежнему точно не известна. Теоретические оценки тоже приблизительные. Мы не можем вычислить эту величину по светимости звезд, потому что она тоже плохо известна.

Чтобы вычислить количество фотонов, астрофизики пытаются узнать, каким должен быть спектр блазара без поглощения. Марко Айело из Университета Клемсона и его команда занимались именно этим. Но работа получилась рядовая и слабая. Во-первых, они использовали не совсем подходящий инструмент, потому что космический гамма-телескоп «Ферми» работает на пределе своей чувствительности в той области, где происходит поглощение. Гораздо лучше измерять это большими наземными установками, такими как черенковские телескопы. Эти устройства регистрируют черенковское излучение: когда гамма-квант огромной энергии прилетает из космоса, он дает электрон-позитронный ливень, который излучает свет. Такие телескопы собирают гамма-кванты с гектара, а площадь детектора «Ферми» — всего квадратный метр. С подобным инструментом уточнить существующие данные сложно.

Рекомендуем по этой теме:
32598
Сколько звезд на небе?

Во-вторых, в работе много методических недостатков, многое нужно делать совсем по-другому. Эта команда получила какую-то оценку, которая примерно совпадает с тем, что было получено раньше, но она оказалась менее точной. Никакой новой информации в исследовании нет. Конечно, работа не совсем бессмысленна, поскольку оценка сделана независимо от предыдущих, но не более того. Скорее всего, эта работа попала в топ новостей, потому что кому-то пришло в голову выписать 84 нуля. Во Вселенной 1084 фотонов, а если точнее, то в пределах горизонта Вселенной, потому что она огромна и мы не знаем ее размеров. Люди купились на красивое число и начали пересказывать друг другу.

Если бы системы черенковских телескопов были организованы так же, как эксперимент «Ферми», проблема инфракрасного фона была бы решена. У «Ферми» на самом деле просто маленький детектор. Но этот эксперимент гораздо лучше организован, и, главное, все его данные в открытом доступе. Более того, подробно объясняется, как с ними работать: все аппаратные погрешности и прочие данные хорошо описаны и задокументированы. Любой астроном может использовать это в своих исследованиях. А данные с черенковских телескопов закрыты, публикуются только конечные результаты. Поэтому любой человек не может взять результаты с черенковских телескопов и сопоставить их с результатами других установок. Начинается своего рода торговля с коллегами: «Дайте нам свои данные, за это мы вам дадим свои и включим вас в статью». Даже люди, которые непосредственно работают с черенковскими телескопами, сталкиваются с подобными трудностями. Из-за проблем с организацией и недостаточной прозрачности эти мощные установки не дают такого научного результата, который могли бы дать.