Международная группа астрофизиков в рамках коллаборации Fermi-LAT опубликовала результаты наиболее точного на текущий момент измерения внегалактического фонового излучения (EBL). Работа основана на анализе данных, которые космический гамма-телескоп Fermi-LAT собирал на протяжении 15 лет. Исследование охватывает периоды вплоть до красного смещения z = 4,3, что соответствует времени, когда возраст Вселенной составлял чуть более одного миллиарда лет.
Что такое EBL и почему это важно
Внегалактическое фоновое излучение — это совокупная энергия, испущенная всеми звездами и аккрецирующими черными дырами за всю историю существования Вселенной. Изучение EBL критически важно для современной космологии, так как спектральная плотность этой энергии позволяет реконструировать историю формирования звезд и процессы эволюции галактик.
Однако прямое измерение EBL крайне затруднено из-за засветки зодиакальным светом и диффузным излучением нашей собственной галактики. Чтобы обойти эту проблему, ученые используют метод гамма-аттенуации. Суть его заключается в анализе взаимодействия гамма-квантов от далеких источников с фотонами EBL, что делает Вселенную частично непрозрачной для излучения высоких энергий.
Рекордная выборка и точность
Для достижения высокой точности была проведена обработка данных, собранных за 181 месяц наблюдений. Объем выборки оказался почти вдвое больше, чем в предыдущих аналогичных работах. В итоговый список вошли 1576 блазаров, включая 752 плоских радиоквазара (FSRQ) и 822 лацертида (BL Lac) — мощнейших источников электромагнитного излучения в ядрах активных галактик.
Ученым удалось измерить оптическую толщу Вселенной в 19 временных эпохах, что значительно превосходит предыдущий показатель в 12 эпох. Статистическая значимость сигнала поглощения достигла 23σ, что фактически исключает случайный характер полученных данных.
Иллюстрация: NASA’s Goddard Space Flight Center / Chris Smith (USRA / GESTAR)
Методология и ключевые выводы
Исследователи использовали метод деконволюции спектров блазаров для отделения собственного излучения объектов от компоненты поглощения. Применение трех независимых моделей EBL гарантировало устойчивость результатов к систематическим погрешностям. Коэффициент перенормировки b оказался близок к единице для всех моделей, подтверждая их высокую достоверность.
Основные результаты работы:
- Гамма-горизонт: Удалось провести точное измерение космологического гамма-горизонта (CGRH) — границы, на которой оптическая толща достигает единицы и среда становится практически непрозрачной.
- Вклад IHL: Исследование подтвердило, что доля внутригалактического света (IHL) не превышает 23% от общей интенсивности EBL, что идет вразрез с рядом радикальных теорий.
- Звездообразование: Данные по плотности светимости и скорости звездообразования до z ~ 5 полностью соответствуют результатам глубоких обзоров галактик, таких как CANDELS и GAMA.
Эти результаты служат прочным фундаментом для будущих космических миссий, включая черенковский телескоп следующего поколения CTAO. 15-летние наблюдения Fermi-LAT стали новым эталоном в гамма-астрономии, позволив существенно уточнить параметры эволюции нашей Вселенной.
