考虑一个遥远的高能天体,它发射出高能伽马射线光子。这些光子在传播到地球的过程中,不仅受到宇宙膨胀的红移影响,还可能与宇宙中的背景辐射发生相互作用,导致光子的能量降低,这个过程被称为伽马射线暴的光子能量损失。
假设天体发射的伽马射线光子原始能量为10^20电子伏特(eV),计算这些光子在传播到距离我们100亿光年的地方时,由于宇宙膨胀红移导致的能量降低。使用哈勃常数70 km/s/Mpc和宇宙的年龄约为138亿年。
考虑宇宙微波背景辐射(CMB)的影响,CMB的温度约为2.73开尔文。计算这些伽马射线光子在与CMB光子相互作用后,能量降低到原来的1/10所需的时间。
综合考虑宇宙膨胀红移和CMB的相互作用,计算这些伽马射线光子到达地球时的预期能量。
问题:
红移导致的伽马射线光子能量降低后的能量是多少eV?
伽马射线光子与CMB相互作用后,能量降低到原来的1/10所需的时间是多少年?
到达地球时的伽马射线光子的预期能量是多少eV?