宇宙到底有多少星光？

胡勇

当你走在金色的沙滩上，有没有想过一个问题：这片沙滩上到底有多少沙子？这个问题很难回答，因为沙子太小，而整片沙滩又太大了。

其实一个类似的问题也一直困扰着科学家们，整个宇宙中到底有多少星光？这里说的星光，是指宇宙星体发出的光子。

不过，这个问题最近刚刚有了答案。来自美国克莱姆森大学的天文物理学家马可·安杰洛和他的团队最近得出了一个数字：4×1084（数字4后面跟84个0），这个数字代表了宇宙中所有星体产生的光子数量。

物理学家认为光线由一个个微小的光子组成，当光子抵达我们的视网膜时，我们才能看到现实世界，对于那些看不见的光，我们无法知道它们的多少和确切位置。宇宙中充满了光子，这些光子来源于每一个星系、每一个恒星。恒星和星系在它们存在的时期，都曾向宇宙空间释放出光芒，这些光仍在宇宙的空间中穿行，只有一部分光会进入太阳系，照向地球，其余的大量的光子会“远离”太阳系或者银河系，形成河外星系背景光。

了解宇宙中的光也许可以帮助我们了解星体诞生和死亡的历史，因此，安杰洛和他的团队想要测量宇宙中的光。那么如何测量宇宙中的光呢？

为此，他们利用了费米伽马射线太空望远镜的观测数据。

费米望远镜是一个用来观察宇宙中最极端环境的太空望远镜，它能够探测到伽马射线（一种高能量的电磁波）。所有能够发射伽马射线的天体都是费米望远镜的观测对象，其中就包括耀变体。

耀变体是一种活跃的星系，以其剧烈的辐射和难以预测的行为而著称。在耀变体的核心是一个超大质量的黑洞，质量可以达到数千亿倍太阳质量。随着物质向黑洞盘旋下落，其中一部分会以粒子喷流的形式被“反弹”回去，粒子喷流（包括伽马射线）的速度近似光速，而我们只能观测到指向地球的粒子喷流，也就是说，对其进行观测的我们通常处于喷流的“下游”。

随着伽马射线穿梭在宇宙中，这些高能量的粒子会与宇宙中漂浮的光子相撞，产生电子和正电子对，并且损失掉一部分的能量。

安杰洛团队分析了所有739个耀变体的伽马射线观测数据，得到了因为光子碰撞而损失的伽马射线能量，并据此推测出宇宙背景光的密度。

在这些耀变体中，距离我们最近的有2亿光年之远，而最远的距离我们116亿光年。通过不同距离的能量损失，研究人员可以计算出不同时期宇宙光子的密度。

利用不同时期宇宙的光子密度，研究人员就可以重塑大爆炸后恒星和星系的產生历史。根据安杰洛的数据，大约100亿年前，宇宙中的恒星形成率就达到了峰值，此后一直在下降。虽然恒星还在产生，但是宇宙似乎在衰老。除此之外，安杰洛团队还得到了整个宇宙历史中发出的全部星光，星光的总量就是开头提到的数字——4×1084。