从伽玛射线衰减测算“宇宙背景光线”（上）

所有星系从宇宙诞生以来发出了难以统计的光，所有星系在整个宇宙史发出的光包括了从紫外线到远红外线波长的光，光粒子构成了光线，从宇宙史不同时期的星系发出了光线，直到人类在地球上活动的今天，高速飞行光线的一部分到达或正在到达地球。仔细检测所有光子的数量和能量，考虑到目前和过去的时间节点，揭示宇宙自然存在和进化的主要奥秘，今天的星系和古老的星系既有相同点，也有不同点。

古老和年轻的光子弥漫到今日宇宙，古今光子的总和被称为河外背景光线（EBL），准确测定EBL是一项基础性的宇宙学研究课题。从射电波段测定了宇宙微波背景辐射，宇宙大爆炸在太空遗存了热辐射，精确测量宇宙微波背景辐射为宇宙学研究奠定了重要基础。《天体物理学》杂志登载了阿尔贝托·多明戈斯等六位科学家的研究成果，科学团队从多个太空和地面的望远镜获取了从射电到高能伽玛射线波段的数据，探讨了EBL在过去50亿年演变的过程。

通过望远镜的观测达到直接测定EBL光子数量的目标，存在诸多难以克服的技术困难，从灯火辉煌的曼哈顿夜晚观测横跨夜空的银河系，对银河系微弱光带的测定比对EBL光子的测定要容易很多。地球位于十分明亮的银河系内部，整个银河系含有数千亿颗恒星，分布了巨量的发光气体。包括地球在内的太阳系非常明亮，太阳光分散在地球轨道平面附近所有的尘埃上，银河系的“黄道光带”覆盖了可见光和长波段的红外线光。从地基和空基的望远镜难以获得EBL直接和可靠的观测结果。

天体物理学家在解决观测技术的难题时创造了有效的检测方法，间接测定了伽玛射线的衰减，计算了伽玛射线的吸收量。遥远的耀变体发出了伽玛射线，隐居在星系中心的大质量黑洞发生了喷射现象，巨量的黑洞喷发照亮了太空，黑洞的喷射方向可能朝向了地球，天文学家得以在十分遥远的地球探测到喷流辐射。喷流现象好像手电筒发出的光束，作为宇宙“超级手电筒”的黑洞发出了喷流光束。高能伽玛射线不都是来源于耀变体，但从耀变体发出的光束经过了数十亿年的穿行，“不远万里”地抵达了地球，“掉队”的EBL光子退出了行程，最终没能进入地球的望远镜。

在EBL光子的路径上，高能的伽玛射线光子冲击了低能的EBL光子，相互撞击的结果导致了光子的毁灭，同时产生了两种不同的粒子或电子和作为反粒子的正电子，正负电子飞离了喷流，进入到苍茫的太空，它们在消失之后变得信讯全无。高能的伽玛射线由不同能量的EBL光子构成，通过测定不同能量伽玛射线的衰减或消弱的特征，天文学家间接地测量了不同波长的EBL光子数量。从不同距离的遥远耀变体产生了EBL光子，到达地球的光子成了天文学家的观测对象。

https://weibo.com/6320497409