4×1084，這個(gè)巨大的數(shù)字實(shí)際上是宇宙歷史中所有恒星發(fā)出的光子的總數(shù),。4×1084是個(gè)什么樣的概念,？如果我們的太陽(yáng)（只剩下幾十億年的壽命）能夠繼續(xù)燃燒1032年，那么它所能釋放出的光子總數(shù)大約是這個(gè)數(shù)字,。

科學(xué)家是如何得知這個(gè)數(shù)字的,？

我們知道，自大爆炸以來(lái),，宇宙已經(jīng)持續(xù)不斷地膨脹了138億年,。從任何方向看，我們視野所及的最遠(yuǎn)距離為461億光年，在這個(gè)范圍內(nèi)有大約2萬(wàn)億個(gè)星系,。每個(gè)星系平均包含了數(shù)千億顆恒星,，每顆恒星大約由1057個(gè)原子組成。

大部分恒星誕生于分子云,，新形成的恒星所輻射出的星光會(huì)穿梭在宇宙之中,，與它們遇到的所有原子相互作用。而最有趣的是,，星光有可能與能量最高的光子——伽馬射線相互作用,，從而產(chǎn)生新的粒子：電子-正電子對(duì)（正電子是電子的反粒子）。這對(duì)那些運(yùn)用太空伽馬射線望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行研究的科學(xué)家來(lái)說(shuō)尤為有趣,。

左邊顯示的是純能量（黃色波浪線）可以產(chǎn)生物質(zhì)-反物質(zhì)對(duì),，右邊顯示的過(guò)程則完全相反——物質(zhì)-反物質(zhì)會(huì)湮滅變成純能量,。（圖片來(lái)源：DMITRI POGOSYAN / UNIVERSITY OF ALBERTA）

在宇宙中，一些星系中央擁有活躍的超大質(zhì)量黑洞,，它們是非常好的極高能粒子（包括伽馬射線）發(fā)射體,。超大質(zhì)量黑洞的周圍會(huì)形成一個(gè)由氣體、塵埃等組成的吸積盤,。當(dāng)盤中的物質(zhì)落入黑洞時(shí),，引力能會(huì)轉(zhuǎn)化為光，使這些星系的中心非常明亮,。在某些情況下,，落入的帶電粒子會(huì)被磁場(chǎng)加速，形成以接近光速運(yùn)動(dòng)的相對(duì)論性噴流（如下圖）,。當(dāng)一個(gè)星系產(chǎn)生的噴流正好指向地球時(shí),，它最明亮，因此也被稱為耀變體,。

耀變體會(huì)加速質(zhì)子,，從而產(chǎn)生π介子；π介子會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生中微子和伽馬射線,。（圖片來(lái)源：ICECUBE/NASA）

然而,，無(wú)論何時(shí)，當(dāng)你觀察遙遠(yuǎn)宇宙中的任何物體時(shí),，視線所經(jīng)之處都有物質(zhì)存在,。氣體云的存在會(huì)吸收一部分的光,，我們可以通過(guò)分析吸收線來(lái)計(jì)算這部分的光。星系和星系團(tuán)經(jīng)常會(huì)干擾信號(hào),；我們可以測(cè)量它們的亮度,、密度和其他屬性，以校準(zhǔn)我們所研究的每一個(gè)耀變體,。此外,，耀變體散布在宇宙之中，來(lái)自太陽(yáng)系的黃道效應(yīng)和來(lái)自銀河系的前景效應(yīng)都會(huì)影響我們所看到的耀變體,。而每一個(gè)耀變體都有著本質(zhì)上獨(dú)一無(wú)二的能量和通量特性,。

通過(guò)確定從耀變體到地球之間都存在哪些東西，我們就可以確定被研究的耀變體的源屬性,，從而也就有了一個(gè)校準(zhǔn)良好的工作起點(diǎn),。

這也提供了一種方法，可以使用伽馬射線望遠(yuǎn)鏡來(lái)測(cè)量宇宙中所有的星光,。我們可以這樣做：

首先,，測(cè)量宇宙中所有被發(fā)現(xiàn)的耀變體。

然后,，測(cè)量每個(gè)耀變體的紅移,，這樣就可以知道它距離地球有多遠(yuǎn)。

接著,，測(cè)量伽馬射線望遠(yuǎn)鏡接收到的伽馬射線的數(shù)量,，將其作為紅移和耀變體亮度的函數(shù)。

最后,，如前所述,，當(dāng)伽馬射線與銀河系外的背景星光碰撞時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電子-正電子對(duì),。利用所有這些信息,，就可以計(jì)算出必須存在多少的背景星光，才能解釋損失掉的伽馬射線,。

有了這些信息,，費(fèi)米-LAT合作項(xiàng)目（LAT是費(fèi)米上的大區(qū)域望遠(yuǎn)鏡儀器）研究了739個(gè)耀變體。在這些耀變體中,，距離我們最近的也有2億光年之遠(yuǎn),，而最遠(yuǎn)的距離我們116億光年——這意味著從耀變體出發(fā)的光,，經(jīng)過(guò)了116億年才能抵達(dá)地球,，而那時(shí)宇宙的年齡只有22億年。

他們的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了之前的結(jié)果,，并且提高了精度：大約100億年前,，宇宙中的恒星形成率就達(dá)到了峰值，此后一直在下降（如下圖）。今天,，恒星形成率只有早期最大形成率的3%,，而宇宙形成新恒星的速率還在繼續(xù)下降。換句話說(shuō),，宇宙正在消亡,，而我們卻無(wú)能為力。

耀變體會(huì)加速質(zhì)子,，從而產(chǎn)生π介子,；π介子會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生中微子和伽馬射線。（圖片來(lái)源：MARCO AJELLO AND THE FERMI-LAT COLLABORATION）

但這項(xiàng)研究得出了一個(gè)有趣而新穎的革命性結(jié)果,。根據(jù)費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡收集到的數(shù)據(jù),，科學(xué)家有史以來(lái)第一次能夠測(cè)量整個(gè)宇宙歷史中發(fā)出的全部星光。這是前所未有的,。這些星光的總量是多少呢,？就是開頭提到的數(shù)字：4×1084個(gè)光子，這個(gè)數(shù)字是宇宙中所有質(zhì)子,、中子,、電子總數(shù)的數(shù)千倍！這一發(fā)現(xiàn)可以幫助天文學(xué)家揭開恒星形成的完整歷史,。