地球因人类的喧嚣而微弱地发光。从远处看，你无法分辨出单独的房屋，甚至城市，但通过追踪我们的聚光灯和路灯随着时间推移而发出的集体光子，你或许能大致了解技术文明的兴起——并且你可能会注意到所有灯光是否开始熄灭。
同样的故事也适用于整个宇宙。
恒星是最终的灯泡，虽然它们的一些射线会撞击尘埃颗粒而停止，但另一些射线却能完好无损地逃逸。太空以寒冷和黑暗而闻名，但与此相对空旷的星系间的虚空中，这些逃逸的光粒子共同产生了无处不在的弥漫光辉。这种光辉可以告诉你那里有什么，而无需逐一计算所有恒星和星系。天体物理学家国际团队借鉴粒子物理学的工具，进行了迄今为止最准确、最全面的测量，测量了这束光——宇宙所有恒星集体发出的光辉。
他们的研究结果于周四发布在《科学》杂志上，讲述了一个跨越宇宙大部分历史的史诗般的故事，甚至触及了宇宙最初十亿年的神秘面纱——这是一个传统天文学家看不见的时代。克莱姆森大学天体物理学家、团队负责人马尔科·阿杰洛（Marco Ajello）说：“我从未想过能进行这样的测量。”
要找到那些知情者称之为“弥漫星系背景光”（Extragalactic Background Light）的，你不能仅仅将望远镜对准一片漆黑的天空并计算光子：你无法区分本地的阳光和真正来自外部的光线。相反，团队利用了数百次宇宙意外事件。
大多数星系的中心都存在巨大的黑洞，其中一些巨型黑洞会喷射出令人难以置信的暴力伽马射线束进入太空——小于我们太阳系的区域却释放出我们整个星系能量的能量。当这些喷流恰好直接指向地球时，天文学家称之为耀变体。它们是自然界中最强大的粒子加速器之一，而 NASA 的费米太空望远镜是我们最好的伽马射线探测器之一。
西班牙马德里康普顿塞大学的天文学家、论文合著者阿尔贝托·多明格斯（Alberto Domínguez）说：“得益于费米望远镜和我们的工作，我们可以结合高能物理学和经典天文学这两个不同的领域。”
团队分析了费米望远镜九年的数据，其中包括来自 700 多个耀变体和一次伽马射线爆发的光。他们发现，当光线穿过充斥宇宙的背景光时，光线会随着传播而减弱，就像车头灯穿过浓雾一样。雾越浓，车头灯越暗，因此通过比较远近耀变体，可以揭示干扰背景光的亮度。由于伽马射线需要数十亿年才能到达地球，团队还可以看到过去不同时期的背景光。多明格斯说：“我们回溯得相当远，这确实是突破之一。我们能够覆盖宇宙 90% 的历史。”
虽然所有星系在漫长岁月中无疑向宇宙虚空中喷射了相当多的光子，但这些光并不算特别明亮。如果能关掉地球上所有的灯，让银河系所有的恒星都熄灭，天空也不会完全变黑。根据阿杰洛的说法，它的亮度相当于从 2.5 英里外看到的 60 瓦灯泡。它的微弱性解释了宇宙学中的一个经典悖论：如果到处都是恒星，为什么夜空不会一直耀眼夺目？根据现代宇宙学家——以及埃德加·爱伦·坡（Edgar Allan Poe）——的说法，这个谜题的答案之一是，宇宙的爆炸性膨胀在光线扩散到太空时稀释了它。
因此，随着星系争相照亮不断膨胀的黑暗，由此产生的微弱光芒记录了宇宙历代的活动。多明格斯预计，新的测量结果将揭示从宇宙模糊的起源到其受膨胀驱动的未来等各种奥秘，但首先，团队专注于解决关于中间约 130 亿年的一个争论：在我们关于恒星和星系如何形成的叙事中，是否遗漏了任何重要的角色？
过去对恒星形成的研究深入太空，测量了倾向于快速生活、快速死亡的大质量恒星发出的紫外线，但没有人能确定这些调查是否遗漏了太暗以至于无法看到的星系。但宇宙的“雾霾”代表了所有星系的光，无论大小，而团队重建的时间线提供了支持普遍接受的模型的新证据。恒星形成初期缓慢，然后越来越快，在大爆炸后约三到四亿年达到顶峰，然后随着恒星物质的减少和星系之间距离的拉远而下降。如今，银河系每年诞生约 7 颗新恒星，因此宇宙早期类似的星系可能产生了 70 或 80 颗。“我们的宇宙就像一棵圣诞树一样被点亮，”阿杰洛说。
新的结果不包括任何撞击尘埃颗粒并以红外热量的形式重新发射的光——这约占背景光能量的一半——但多明格斯说，他们在重建恒星形成时已经考虑到了这个盲点。
阿杰洛的团队并非第一个探测星系间“宇宙雾霾”的人。他们的工作建立在数十年来理论估算以及地面和空间尝试直接捕捉光子的基础上。但由于太阳光反射本地尘埃的光比背景光强 100 倍，这就像在正午时分寻找萤火虫。“你必须离开银河系，”加州大学圣克鲁兹分校的宇宙学家乔尔·普里马克（Joel Primack）说，他不是阿杰洛团队的成员，但他为这项测量的理论基础发展做出了贡献。“你如何离开银河系？答案是，这些伽马射线。”
通过测量伽马射线的干扰来测量“宇宙雾霾”，才得以成为可能，这要归功于近年来对耀变体更深入的理解。多明格斯、阿杰洛以及许多其他人用 2012 年的费米数据证明了这个想法是可行的，但新的研究使用了更广泛的来源和升级的软件，将时间范围从大爆炸后四亿年推回到最终目标——宇宙的前十亿年。“我们总是想看看我们看不到的地方，”阿杰洛说。
这个时代仍然对现代天文学家隐藏着，因为厚厚的氢原子霾阻碍了光线的传播，而宇宙学家们想知道究竟是什么发出了使宇宙变晴朗的紫外线——例如，是星系还是黑洞喷流？费米望远镜无法分辨足够远的耀变体来最终解决这个争论，但团队测量的背景光确实让星系在竞争中保持了一席之地。
阿杰洛希望捕捉更多遥远但更短暂的伽马射线爆发，能将我们推向更早的时期。“你需要非常迅速地转动一个大型光学望远镜，当它们还明亮的时候，”他说。“那将是壮观的。”
