Questo diagramma mostra le posizioni di 150 blazar (punti verdi) utilizzati nella nuova dal telescopio gamma Germi di Fermi. Credito: NASA / DOE / Fermi LAT Collaboration
Tutta la luce prodotta da ogni stella che sia mai esistita è ancora là fuori, ma "vederla" e misurarla con precisione è estremamente difficile. Ora, gli astronomi che utilizzano i dati del telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA sono stati in grado di osservare blasoni distanti per aiutare a misurare la luce di sfondo di tutte le stelle che brillano ora e sempre. Ciò ha consentito la misurazione più accurata della luce delle stelle in tutto l'universo, che a sua volta aiuta a stabilire limiti sul numero totale di stelle che hanno mai brillato.
"La luce ottica e ultravioletta delle stelle continua a viaggiare in tutto l'universo anche dopo che le stelle cessano di brillare, e questo crea un campo di radiazioni fossili che possiamo esplorare usando i raggi gamma da fonti lontane", ha detto lo scienziato capo Marco Ajello del Kavli Institute per Astrofisica e cosmologia delle particelle presso la Stanford University in California e lo Space Sciences Laboratory dell'Università della California a Berkeley.
I loro risultati forniscono anche una densità stellare nel cosmo di circa 1,4 stelle per 100 miliardi di anni luce cubi, il che significa che la distanza media tra le stelle nell'universo è di circa 4.150 anni luce.
La somma totale della luce delle stelle nel cosmo è chiamata luce di sfondo extragalattica (EBL), e Ajello e il suo team hanno studiato l'EBL studiando i raggi gamma di 150 blazar, che sono tra i fenomeni più energici dell'universo. Sono galassie alimentate da buchi neri estremamente energetici: hanno energie superiori a 3 miliardi di elettronvolt (GeV) o più di un miliardo di volte l'energia della luce visibile.
Gli astronomi hanno utilizzato quattro anni di dati di Fermi sui raggi gamma con energie superiori a 10 miliardi di elettronvolt (GeV) e lo strumento Fermi Large Area Telescope (LAT) è il primo a rilevare più di 500 fonti in questo intervallo di energia.
Ai raggi gamma, l'EBL funziona come una specie di nebbia cosmica, ma Fermi ha misurato la quantità di assorbimento dei raggi gamma negli spettri di blazar prodotti dall'ultravioletto e dalla luce stellare visibile in tre diverse epoche della storia dell'universo.
Fermi ha misurato la quantità di assorbimento dei raggi gamma negli spettri di blazar prodotti dalla luce ultravioletta e visibile in tre diverse epoche della storia dell'universo. (Credito: Goddard Space Flight Center della NASA)
"Con oltre mille rilevati finora, i blasar sono le fonti più comuni rilevate da Fermi, ma i raggi gamma a queste energie sono pochi e lontani tra loro, motivo per cui ci sono voluti quattro anni di dati per fare questa analisi", ha detto il membro del team Justin Finke, astrofisico del Naval Research Laboratory di Washington.
I raggi gamma prodotti nei getti di Blazar viaggiano attraverso miliardi di anni luce sulla Terra. Durante il loro viaggio, i raggi gamma passano attraverso una nebbia crescente di luce visibile e ultravioletta emessa da stelle che si sono formate nel corso della storia dell'universo.
Occasionalmente, un raggio gamma si scontra con la luce delle stelle e si trasforma in una coppia di particelle: un elettrone e la sua controparte di antimateria, un positrone. Una volta che ciò accade, la luce del raggio gamma viene persa. In effetti, il processo smorza il segnale del raggio gamma più o meno allo stesso modo della nebbia che oscura un faro distante.
Dagli studi sui blasar vicini, gli scienziati hanno determinato quanti raggi gamma dovrebbero essere emessi a energie diverse. I blazar più distanti mostrano meno raggi gamma a energie più elevate - specialmente sopra i 25 GeV - grazie all'assorbimento da parte della nebbia cosmica.
I ricercatori hanno quindi determinato l'attenuazione media dei raggi gamma su tre intervalli di distanza: il gruppo più vicino proveniva da quando l'universo aveva 11,2 anni, un gruppo medio di quando l'Universo aveva 8,6 miliardi di anni e il gruppo più lontano da quando l'Universo era 4,1 miliardi di anni.
Questa animazione tiene traccia di diversi raggi gamma attraverso lo spazio e il tempo, dalla loro emissione nel getto di un lontano blazar al loro arrivo nel Large Area Telescope (LAT) di Fermi. Durante il loro viaggio, il numero di fotoni ultravioletti e ottici (blu) che si muovono casualmente aumenta man mano che sempre più stelle nascono nell'universo. Alla fine, uno dei raggi gamma incontra un fotone di luce stellare e il raggio gamma si trasforma in un elettrone e un positrone. I restanti fotoni di raggi gamma arrivano a Fermi, interagiscono con le piastre di tungsteno nel LAT e producono gli elettroni e i positroni i cui percorsi attraverso il rivelatore consentono agli astronomi di retrocedere i raggi gamma alla loro sorgente.
Da questa misurazione, gli scienziati sono stati in grado di stimare lo spessore della nebbia.
"Questi risultati offrono sia un limite superiore che inferiore della quantità di luce nell'Universo e della quantità di stelle che si sono formate", ha dichiarato Finke durante un briefing stampa di oggi. "Le stime precedenti sono state solo un limite massimo."
E i limiti superiore e inferiore sono molto vicini tra loro, ha detto Volker Bromm, un astronomo dell'Università del Texas, Austin, che ha commentato i risultati. "Il risultato di Fermi apre l'eccitante possibilità di limitare il primo periodo di formazione di stelle cosmiche, ponendo così le basi per il telescopio spaziale James Webb della NASA", ha affermato. "In termini semplici, Fermi ci sta fornendo un'immagine in ombra delle prime stelle, mentre Webb le rileverà direttamente."
Misurare la luce di sfondo extragalattica è stato uno degli obiettivi principali della missione di Fermi e Ajello ha affermato che i risultati sono cruciali per aiutare a rispondere a una serie di grandi domande in cosmologia.
Un articolo che descrive i risultati è stato pubblicato giovedì su Science Express.
Fonte: NASA
