Как много света было излучено всеми галактиками с момента рождения первой из них? Измерить весь этот свет теоретически возможно, ведь почти каждый излученный фотон до сих пробирается сквозь Вселенную. Время от времени фотоны встречают препятствия – планеты, звезды, отдельные частицы и поглощаются. Но такая судьба ожидает небольшую долю фотонов, да и среди поглощенных обычно находится преемник, испущенный поглотившим телом. Если точно измерить число и энергию (длину волны) всех фотонов, то мы сможем заглянуть в прошлое, изучая древние галактики по их излучению. На долю галактик приходится межгалактическое фоновое излучение – часть общего рассеянного фонового излучения, которая покрывает диапазон длин волн в 0.1-1000 микронов (ультрафиолетовый, оптический и инфракрасный диапазоны). Измерение этого излучения сродни изучению реликтового излучения, вот только оно относится не ко времени сразу после Большого взрыва, а к эволюции галактик в течение миллиардов лет.

Прямое наблюдение межгалактического фона с Земли затруднено. Это излучение очень слабое, на самом деле лишь фоновое, тогда как наша планета находится внутри галактики со множеством ярких звезд и горячим светящимся газом. На самой планете дела обстоят еще хуже. Рассеиваемый атмосферой планеты солнечный свет практически полностью забивает слабое фоновое излучение. У космических телескопов больше шансов, но и им мешает изучать фон галактик постоянное яркое излучение родного светила.

Из-за этих трудностей приходится применять косвенные методы изучения межгалактического фона. Здесь вступают в дело те фотоны, путь которых по Вселенной прерывается, и работают они вместе с мощным излучением блазаров. Это – сверхмассивные черные дыры в центрах галактик, излучение которых чрезвычайно мощное, но узконаправленное – основная его часть испускается в двух направлениях по оси вращения аккреционного диска дыры. Принято называть блазарами те из этих источников, излучение которых направлено на Землю. Но не все фотоны высокоэнергетичного излучения достигают Земли, так как встречают по дороге частицы и фотоны, в том числе – фонового межгалактического излучения. Когда встречаются два фотона, имеющий высокую энергию носитель излучения блазара и имеющий небольшую энергию фоновый, они уничтожаются с рождением двух частиц – электрона и его античастицы, позитрона. При этом фотоны излучения блазаров с разными энергиями рассеиваются фотонами межгалактического фона с разной эффективностью. Поэтому, измеряя интенсивность приходящего излучения блазара на разных длинах волн можно составить представление о том, насколько интенсивное фоновое излучение оно встретило. Наибольший интерес представляет измерение эффективности поглощения излучения на различных расстояниях от Земли, тогда можно составить карту распределения фонового излучения для разной глубины проникновения во Вселенную, а значит и во время.

Первый успех на этом пути был получен с помощью орбитального телескопа Ферми. В его данных, собранных в прошлом году, излучение дальних блазаров действительно оказалось ослаблено сильнее, чем близких. Первый результат описывает эволюцию межгалактического фона в течение последних 5 миллиардов лет. Процесс выделения признаков фона в данных проходил в несколько этапов. Сперва интенсивность рентгеновского излучения была сравнена с данными, собранными другими орбитальными телескопами – Чандра, Swift, RXTE, XMM/Newton и наземными аппаратами, при этом проводились наблюдения на разных частях рентгеновского спектра. За счет этого оказалось возможным восстановить изначальное излучение блазаров – на каждой энергии излучение поглощается по-разному, и хотя для каждой это поглощение известно с ошибкой, совмещение наблюдений значительно увеличивает точность.

Затем этот результат был еще улучшен с помощью наблюдений в гамма-диапазоне, также на разных длинах волн в данной области спектра, но теперь уже с использованием наземных телескопов. Вместо того, что регистрировать само излучение, на планете можно наблюдать каскады субатомных частиц, выбиваемых высокоэнергетическими фотонами излучения при столкновениях с молекулами в атмосфере. Эти частицы регистрируются специальными телескопами Черенкова – HESS, MAGIC, VERITAS.

Дальность изучения во Вселенной составила 5 миллиардов лет, соответствующие красному смещению 0.5. Более дальние квазары оказались вне пределов чувствительности современных приборов. Их излучение настолько сильно поглощается в гамма-диапазоне, что приходящий на Землю сигнал оказывается на одном уровне с шумом. Введение в строй более современных телескопов улучшит ситуацию, но все же главная роль в этом шуме принадлежит не инструменту, а случайным встречам на пути излучения, с которыми справится будет намного сложнее. Для этого нужно хорошо знать расположение всех источников излучения. А для этого, в свою очередь, нужно хорошо знать общее фоновое излучение. Так что пока только на протяжении 5 миллиардов световых лет удалось расставить мильные столбы – расстояния, на которых гамма-излучение блазара ослабляется при поглощении в е раз. Для разных длин в волн эти мильные столбы находятся на несколько различном расстоянии от нашей планеты. Хорошее согласование этого результата с теорией говорит в пользу нашего текущего знания общего строения Вселенной. Почти все фоновое излучение происходит от известных типов галактик, а вклад очень тусклых для отдельного наблюдения галактик и пока еще неизвестных источников излучения осень мал.