Международная группа астрофизиков из коллаборации Fermi-LAT представила результаты самого точного на сегодняшний день измерения внегалактического фонового излучения (EBL). Это исследование основано на 15-летних данных, собранных космическим гамма-телескопом Fermi-LAT, и охватывает эпохи до красного смещения z = 4,3, что соответствует периоду, когда возраст Вселенной составлял чуть более миллиарда лет.
EBL представляет собой излучение, аккумулирующее энергию, испущенную звёздами и аккрецирующими чёрными дырами на протяжении всей истории Вселенной. Это излучение играет значительную роль в космологии, так как его спектральная плотность энергии позволяет реконструировать темпы звездообразования и эволюцию галактик. Однако прямое измерение EBL затруднено из-за влияния зодиакального света и диффузного излучения нашей галактики. Для анализа используется метод гамма-аттенуации (понижение «яркости» близких известных источников), основанный на взаимодействии гамма-квантов с фотонами EBL, что ограничивает прозрачность Вселенной для высокоэнергетического излучения.
В рамках исследования была проведена обработка данных за 181 месяц наблюдений, что почти вдвое увеличило выборку объектов по сравнению с предыдущими анализами. Итоговая выборка включает 1576 блазаров, среди которых 752 плоских радиоквазара (FSRQ) и 822 лацертида (BL Lac) (мощные источники электромагнитного излучения в ядрах некоторых активных галактик). Это позволило с высокой точностью измерить оптическую толщу Вселенной в 19 временных эпохах, что значительно расширяет предыдущие данные, охватывавшие лишь 12 эпох. Достигнутая статистическая значимость сигнала поглощения составила 23σ, что свидетельствует о рекордной точности измерений (принятый за стандарт уровень значимости 5σ означает, что вероятность того, что результат получен случайно, составляет примерно 1 к 3,5 миллиона (≈0,00003%), это практически достоверное обнаружение эффекта).
Методология исследования основывалась на деконволюции спектров блазаров для выделения собственного излучения и компоненты поглощения. Использовались три независимые модели EBL, что обеспечило устойчивость результатов к систематическим ошибкам. Коэффициент перенормировки b, характеризующий согласие теоретических моделей с данными, оказался близок к единице для всех моделей, подтверждая их высокую точность (теоретическая модель совпадает с наблюдаемыми данными).
Одним из ключевых достижений работы стало измерение космологического гамма-горизонта (CGRH) — критической поверхности, на которой оптическая толща достигает единицы, где среда становится «на грани непрозрачности». Эти данные согласуются с моделями эволюции светимости галактик и позволяют уточнить параметры прозрачности межгалактической среды. Кроме того, исследование проверило гипотезу о вкладе внутригалактического света (IHL), установив, что его доля не превышает 23% от общей интенсивности EBL, что противоречит более радикальным теориям.
Полученные результаты также позволили смоделировать плотность светимости и скорость звездообразования (SFRD) до z ~ 5. Эти данные находятся в согласии с глубокими обзорами галактик, такими как CANDELS и GAMA, и подтверждают, что гамма-астрономия способна эффективно зондировать эпоху реионизации водорода. Оценка ультрафиолетовой светимости при z > 4 накладывает жёсткие ограничения на вклад раннего звёздного населения в ионизационный баланс Вселенной.
Исследование служит основой для будущих миссий, таких как черенковский телескоп следующего поколения CTAO, который расширит анализ EBL в область сверхвысоких энергий. 15-летние данные Fermi-LAT стали эталоном для гамма-астрономии, уточнив параметры эволюции Вселенной и подтвердив современные космологические модели.
