In der Dunkelheit zwischen den Sternen verbirgt sich all das Licht, das das Universum seit dem Urknall erzeugt hat.
Jetzt glauben Wissenschaftler ungefähr zu wissen, wie viel Licht das ist. Seit ihrer Geburt ein paar Millionen Jahre nach dem Urknall haben Sterne nach neuen Messungen, die heute (29. November) in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurden, etwa 4 x 10 ^ 84 Photonen oder Lichtteilchen erzeugt.
Der größte Teil des Lichts im Universum kommt von Sternen, sagte Marco Ajello, Co-Autor der Studie und Astrophysiker an der Clemson University.
Folgendes passiert: Sterne wie unsere Sonne werden durch Kernreaktionen im Kern angetrieben, bei denen Wasserstoffprotonen zu Helium verschmolzen werden. Dieser Prozess setzt auch Energie in Form von Gammastrahlenphotonen frei. Diese Photonen haben hundert Millionen Mal mehr Energie als die gewöhnlichen Photonen, die wir als sichtbares Licht sehen.
Da der Kern der Sonne sehr dicht ist, können diese Photonen nicht entweichen und stoßen stattdessen weiter auf Atome und Elektronen, wodurch schließlich Energie verloren geht. Hunderttausende von Jahren später verlassen sie die Sonne mit etwa einer Million Mal weniger Energie als sichtbares Licht, sagte Ajello.
Das Licht, das wir sehen können, kommt von Photonen, die von Sternen in unserer eigenen Galaxie, einschließlich der Sonne, erzeugt wurden. Es ist "schwierig, all das andere Licht in anderen Teilen des Universums zu messen - versteckt im dunklen Himmel unter den Sternen, die wir sehen können -, weil es sehr, sehr dunkel ist", sagte Ajello gegenüber Live Science. Der Versuch, das gesamte Licht im Universum zu sehen, wäre in der Tat wie ein Blick auf eine 60-Watt-Glühbirne aus einer Entfernung von 4 Kilometern, fügte er hinzu.
Daher verwendeten Ajello und sein Team eine indirekte Methode, um dieses Licht zu messen. Dabei stützten sie sich auf Daten des Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskops der NASA, das seit 2008 die Erde umkreist. Die Forscher untersuchten Gammastrahlen von 739 Blazaren (unglaublich hell) Galaxien mit schwarzen Löchern, die Gammastrahlen in unsere Richtung schießen) und einem Gammastrahlenexplosion (eine Explosion mit extrem hoher Energie), um abzuschätzen, wie viel Sternenlicht während verschiedener Epochen des Universums vorhanden war - je weiter die Quelle der Gammastrahlen entfernt ist , je länger die Zeit her ist.
Auf ihrem Weg durch das Universum interagieren die Photonen in diesen Gammastrahlen mit dem "extragalaktischen Hintergrundlicht", einem Nebel aus ultravioletten, optischen und infraroten Photonen, die von Sternen erzeugt werden. Dieser Prozess wandelt die Photonen in Elektronen und ihre Antimateriepartner, Positronen, um. Durch das Erkennen dieser kleinen Veränderungen konnten Ajello und sein Team abschätzen, wie viel Sternenlicht oder "Nebel" zu verschiedenen Zeiten vorhanden war.
Die Wissenschaftler fanden heraus, dass sich Sterne vor etwa 10 Milliarden Jahren mit der höchsten Geschwindigkeit bildeten und dass sich danach die Sternentstehung immens verringerte. Die Gesamtmenge an jemals produziertem Sternenlicht "ist nicht sehr wichtig", sagte Ajello.
Tatsächlich könnte die 4 x 10 ^ 84-Zahl, die die Forscher für die Gesamtzahl der erzeugten Photonen berechnet haben, etwa 10-fach zu niedrig sein. Das liegt daran, dass es keine Photonen im Infrarotspektrum enthält, die eine niedrigere Energie als sichtbares Licht haben, sagte Ajello.
Das aufregendere Ergebnis ist, dass die Forscher berechnen konnten, wie viele und welche Arten von Photonen während verschiedener Epochen des Universums existierten, beginnend mit (fast) dem Anfang. Ajello und sein Team haben eine Sternenlichtgeschichte erstellt, die mehr als 90 Prozent der kosmischen Zeit umfasst. Um die anderen 10 Prozent, den Beginn des Sternenlichts, zu konstruieren, "müssten wir vielleicht noch 10 Jahre auf Beobachtung warten", sagte Ajello.
Eine Momentaufnahme des Sternenlichts, das in den Kinderschuhen des Universums erzeugt wurde, könnte von dem massiven James Webb-Weltraumteleskop stammen, das voraussichtlich 2021 starten wird, sagte Ajello.
Dies ist "ein weiterer Meilenstein des Fermi-Teams", schrieb Elisa Prandini, Postdoktorandin am Institut für Physik und Astronomie der Universität Padua in Italien, in einem perspektivischen Artikel in derselben Ausgabe von Science. Prandini, die nicht an der aktuellen Forschung beteiligt war, beendete ihre Perspektive auch mit einer Erwähnung des James Webb-Weltraumteleskops und der "direkteren" Messungen, die es liefern könnte.
