A gamma-ray determination of the Universe’s star formation history

S. Abdollahi; M. Ackermann; W.B. Atwood; L. Baldini; J. Ballet; G. Barbiellini; D. Bastieri; J. Becerra Gonzalez; R. Bellazzini; E. Bissaldi; R.D. Blandford; E.D. Bloom; R. Bonino; E. Bottacini; S. Buson; J. Bregeon; P. Bruel; R. Buehler; R.A. Cameron; R. Caputo; P.A. Caraveo; E. Cavazzuti; E. Charles; S. Chen; C.C. Cheung; G. Chiaro; S. Ciprini; Johann Cohen-Tanugi; L.R. Cominsky; J. Conrad; D. Costantin; S. Cutini; F. d'Ammando; F. de Palma; S.W. Digel; N. Di Lalla; M. Di Mauro; L. Di Venere; C. Favuzzi; S.J. Fegan; A. Franckowiak; Y. Fukazawa; S. Funk; P. Fusco; G. Gallardo Romero; F. Gargano; D. Gasparrini; N. Giglietto; F. Giordano; M. Giroletti; D. Green; I.A. Grenier; L. Guillemot; S. Guiriec; D.H. Hartmann; E. Hays; D. Horan; G. Jóhannesson; D. Kocevski; M. Kuss; S. Larsson; L. Latronico; J. Li; F. Longo; F. Loparco; B. Lott; M.N. Lovellette; P. Lubrano; G.M. Madejski; J.D. Magill; S. Maldera; A. Manfreda; L. Marcotulli; M.N. Mazziotta; J.E. Mcenery; M. Meyer; P.F. Michelson; T. Mizuno; M.E. Monzani; A. Morselli; I.V. Moskalenko; M. Negro; E. Nuss; R. Ojha; N. Omodei; M. Orienti; E. Orlando; J.F. Ormes; M. Palatiello; D. Paneque; J.S. Perkins; M. Persic; M. Pesce-Rollins; V. Petrosian; F. Piron; T.A. Porter; J.R. Primack; G. Principe; S. Rainò; R. Rando; M. Razzano; S. Razzaque; A. Reimer; O. Reimer; P.M. Saz Parkinson; C. Sgrò; E.J. Siskind; G. Spandre; P. Spinelli; D.J. Suson; H. Tajima; M. Takahashi; J.B. Thayer; L. Tibaldo; D.F. Torres; E. Torresi; G. Tosti; A. Tramacere; E. Troja; J. Valverde; G. Vianello; M. Vogel; K. Wood; G. Zaharijas

doi:10.1126/science.aat8123

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A gamma-ray determination of the Universe’s star formation history

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A gamma-ray determination of the Universe’s star formation history

S. Abdollahi, M. Ackermann, W.B. Atwood, L. Baldini, J. Ballet, G. Barbiellini, D. Bastieri, J. Becerra Gonzalez, R. Bellazzini, E. Bissaldi, …

Science, Vol.362(6418), pp.1031-1034

2018

DOI: https://doi.org/10.1126/science.aat8123

Abstract

The light emitted by all galaxies over the history of the Universe produces the extragalactic background light (EBL) at ultraviolet, optical, and infrared wavelengths. The EBL is a source of opacity for $\gamma$ rays via photon-photon interactions, leaving an imprint in the spectra of distant $\gamma$-ray sources. We measure this attenuation using {739} active galaxies and one gamma-ray burst detected by the {\it Fermi} Large Area Telescope. This allows us to reconstruct the evolution of the EBL and determine the star-formation history of the Universe over 90\% of cosmic time. Our star-formation history is consistent with independent measurements from galaxy surveys, peaking at redshift $z\sim2$. Upper limits of the EBL at the epoch of re-ionization suggest a turnover in the abundance of faint galaxies at $z\sim 6$.

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Title: A gamma-ray determination of the Universe’s star formation history
Creators - without role: S. Abdollahi - Hiroshima University
M. Ackermann - Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
W.B. Atwood - University of California, Santa Cruz
L. Baldini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
J. Ballet - Université Paris Cité
G. Barbiellini - University of Trieste
D. Bastieri - University of Padua
J. Becerra Gonzalez
R. Bellazzini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
E. Bissaldi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
R.D. Blandford - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
E.D. Bloom - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
R. Bonino - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
E. Bottacini - University of Padua
S. Buson - Goddard Space Flight Center
J. Bregeon - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
P. Bruel - Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules
R. Buehler - Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
R.A. Cameron - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
R. Caputo - Goddard Space Flight Center
P.A. Caraveo - National Institute for Astrophysics
E. Cavazzuti - Agenzia Spaziale Italiana
E. Charles - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
S. Chen - University of Padua
C.C. Cheung - United States Naval Research Laboratory
G. Chiaro - Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica di Milano
S. Ciprini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
Johann Cohen-Tanugi - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
L.R. Cominsky - Sonoma State University
J. Conrad - Stockholm University
D. Costantin - University of Padua
S. Cutini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
F. d'Ammando
F. de Palma - Pegaso University
S.W. Digel - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
N. Di Lalla - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
M. Di Mauro - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
L. Di Venere - Polytechnic University of Bari
C. Favuzzi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
S.J. Fegan - Laboratoire Leprince-Ringuet
A. Franckowiak - Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
Y. Fukazawa - Hiroshima University
S. Funk - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
P. Fusco - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
G. Gallardo Romero
F. Gargano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
D. Gasparrini - Agenzia Spaziale Italiana
N. Giglietto - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
F. Giordano - Polytechnic University of Bari
M. Giroletti - Istituto di Radioastronomia di Bologna
D. Green - University of Maryland, College Park
I.A. Grenier - Université Paris Cité
L. Guillemot - Université d'Orléans
S. Guiriec - Goddard Space Flight Center
D.H. Hartmann - Clemson University
E. Hays - Goddard Space Flight Center
D. Horan - Laboratoire Leprince-Ringuet
G. Jóhannesson - KTH Royal Institute of Technology
D. Kocevski - Goddard Space Flight Center
M. Kuss - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
S. Larsson - AlbaNova
L. Latronico - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
J. Li - Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
F. Longo - University of Trieste
F. Loparco - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
B. Lott - Laboratoire de Physique des deux infinis Bordeaux
M.N. Lovellette - United States Naval Research Laboratory
P. Lubrano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
G.M. Madejski - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
J.D. Magill - University of Maryland, College Park
S. Maldera - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
A. Manfreda - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
L. Marcotulli - Clemson University
M.N. Mazziotta - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
J.E. Mcenery - Goddard Space Flight Center
M. Meyer - Stanford University
P.F. Michelson - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
T. Mizuno - Hiroshima University
M.E. Monzani - SLAC National Accelerator Laboratory
A. Morselli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Roma Tor Vergata
I.V. Moskalenko - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
M. Negro - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
E. Nuss - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
R. Ojha - Goddard Space Flight Center
N. Omodei - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
M. Orienti - Istituto di Radioastronomia di Bologna
E. Orlando - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
J.F. Ormes - University of Denver
M. Palatiello - University of Trieste
D. Paneque - Max Planck Institute for Physics
J.S. Perkins - Goddard Space Flight Center
M. Persic - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Trieste
M. Pesce-Rollins - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
V. Petrosian - Stanford University
F. Piron - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
T.A. Porter - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
J.R. Primack - University of California, Santa Cruz
G. Principe - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
S. Rainò - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
R. Rando - University of Padua
M. Razzano - Universität Innsbruck
S. Razzaque - University of Johannesburg
A. Reimer - Stanford University
O. Reimer - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
P.M. Saz Parkinson
C. Sgrò - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
E.J. Siskind - Real Time Tomography
G. Spandre - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
P. Spinelli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
D.J. Suson - Purdue University Northwest
H. Tajima - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
M. Takahashi - Max Planck Institute for Physics
J.B. Thayer - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
L. Tibaldo - Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie
D.F. Torres - Universitat Autònoma de Barcelona
E. Torresi - Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica di Bologna
G. Tosti - University of Perugia
A. Tramacere
E. Troja - Goddard Space Flight Center
J. Valverde - Laboratoire Leprince-Ringuet
G. Vianello - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
M. Vogel - California State University Los Angeles
K. Wood - Praxis
G. Zaharijas - University of Nova Gorica
Publication Details: Science, Vol.362(6418), pp.1031-1034
Identifiers: 9933901609311
Academic Unit: Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
Language: English
Resource Type: Journal article
Local Fields: hal-01991332