Astronomowie obserwowali pobliski pulsar z dziwną otoczką wokół niego. Pulsar może odpowiedzieć na pytanie, które od pewnego czasu zastanawia astronomów. Pulsar nosi nazwę Geminga i jest jednym z najbliższych pulsarów na Ziemię, około 800 lat świetlnych stąd w gwiazdozbiorze Bliźniąt. Nie tylko jest blisko Ziemi, ale Geminga jest również bardzo jasna w promieniach gamma.
Samo halo jest oczywiście niewidoczne dla naszych oczu, ponieważ znajduje się w zakresie fal gamma. (Odkrył go Kosmiczny Teleskop Fermi Gamma z NASA). Ale jest duży, obejmuje tyle nieba, ile 40 pełnych księżyców.
Aureola może być odpowiedzialna za pewne wydarzenia w naszym własnym sąsiedztwie: w pobliżu Ziemi jest mnóstwo antymaterii, a jej obecność od dziesięcioleci intryguje naukowców.
„Nasza analiza sugeruje, że ten sam pulsar może być odpowiedzialny za trwającą dekadę zagadkę, dlaczego jeden rodzaj cząstek kosmicznych jest niezwykle obfity w pobliżu Ziemi”, powiedziała Mattia Di Mauro, astrofizyk z Catholic University of America w Waszyngtonie i Goddard Space NASA Centrum lotów w Greenbelt, Maryland. „Są to pozytony, antymaterialna wersja elektronów, pochodzących spoza Układu Słonecznego.”
Pulsar to pozostałość po masywnej gwieździe, która zniknęła z supernowej. Geminga jest wynikiem wybuchu supernowej około 300 000 lat temu w gwiazdozbiorze Bliźniąt. Jest obracającą się gwiazdą neutronową, która jest zorientowana w pewien sposób w kierunku Ziemi, tak że jej energia jest skierowana w naszą stronę jak rozległa latarnia morska.
Pulsar jest naturalnie otoczony chmurą zarówno elektronów, jak i pozytonów. To dlatego, że gwiazda neutronowa ma intensywne pole elektromagnetyczne, najsilniejszy ze znanych obiektów. Super-silne pole wyciąga cząsteczki z powierzchni pulsara i przyspiesza je do prędkości bliskiej prędkości światła.
Te szybko poruszające się cząstki, w tym elektrony i ich antymaterialne odpowiedniki, pozytony, są promieniami kosmicznymi. Ponieważ promienie kosmiczne przenoszą ładunek elektryczny, podlegają działaniu pól magnetycznych. Zanim promienie kosmiczne dotrą do Ziemi, astronomowie nie będą w stanie wskazać ich źródła.
W ciągu ostatniej dekady różne obserwatoria i eksperymenty wykryły więcej pozytonów wysokoenergetycznych w naszym sąsiedztwie niż oczekiwano. Kosmiczny teleskop Fermi NASA, spektrometr magnetyczny alfa NASA i inne eksperymenty wykryły je. Naukowcy oczekiwali, że źródłem będą pobliskie pulsary, w tym Geminga. Ale ze względu na sposób, w jaki na te pozytony wpływają pola magnetyczne, nie można tego udowodnić.
Do 2017 r.
W tym samym roku obserwatorium promieniowania gamma na wodach dużych wysokości (HAWC) potwierdziło to, co wykryły niektóre detekcje naziemne: niewielką, ale intensywną aureolę promieniowania gamma wokół Gemingi. HAWC wykrył energie w strukturze halo 5 - 40 TeV lub Tera-elektronowoltów. To światło o bilionach razy większej energii niż nasze oczy mogą zobaczyć.
Początkowo naukowcy sądzili, że aureola o wysokiej energii jest powodowana przez przyspieszone elektrony i pozytony zderzające się ze światłem gwiazd, które zwiększałyby ich energię i czyniłyby je superjasnymi. Gdy naładowana cząstka przenosi część swojej energii do fotonu, nazywa się to rozpraszaniem odwrotnym-Comptonem.
Jednak zespół wykorzystujący HAWC do obserwacji Gemingi i jej halo doszedł do wniosku: te pozytony o wysokiej energii rzadko docierają do Ziemi, w zależności od wielkości halo. Musiało więc istnieć inne wytłumaczenie obfitości pozytonów w pobliżu Ziemi.
Naukowcy badający obecność pozytonów w pobliżu Ziemi nie wykreślili jeszcze pulsarów z ich listy. I jako bliski i jasny pulsar, Geminga wciąż wzbudziła ich zainteresowanie.
Mattia Di Mauro poprowadził niewielki zespół naukowców badających dane Gemingi z dziesięciolecia z dużego teleskopu Fermiego (LAT.) LAT obserwuje światło o niższej energii niż HAWC. Di Mauro jest głównym autorem nowego badania prezentującego te odkrycia. Badanie nosi tytuł „Wykrywanie aureoli aureoli wokół Gemingi z danymi Fermi-LAT i implikacjami dla strumienia pozytonów”. Artykuł został opublikowany w Physics Review.
Jednym ze współautorów pisma jest Silvia Manconi, doktorantka na Uniwersytecie RWTH Aachen w Niemczech. W komunikacie prasowym Manconi powiedział: „Aby zbadać halo, musieliśmy odjąć wszystkie inne źródła promieni gamma, w tym rozproszone światło wytwarzane przez zderzenia promieni kosmicznych z międzygwiezdnymi chmurami gazowymi. Zbadaliśmy dane przy użyciu 10 różnych modeli emisji międzygwiezdnej. ”
Gdy zespół odjął wszystkie inne źródła promieniowania gamma na niebie, dane ujawniły ogromną podłużną strukturę; halo wokół Gemingi. Struktura wysokoenergetyczna obejmowała 20 stopni na niebie przy 20 miliardach woltów elektronów, a jeszcze większy obszar przy niższych energiach.
Współautorka badań Fiorenza Donato pochodzi z Włoskiego Narodowego Instytutu Fizyki Jądrowej i Uniwersytetu w Turynie. W komunikacie prasowym Donato powiedział: „Cząsteczki o niższej energii przemieszczają się znacznie dalej od pulsara, zanim wpadną na światło gwiazd, przenoszą na nie część swojej energii i podnoszą światło na promienie gamma. Właśnie dlatego emisja promieniowania gamma obejmuje większy obszar przy niższych energiach - wyjaśnił Donato. „Ponadto halo Gemingi jest częściowo wydłużone z powodu ruchu pulsara w przestrzeni”.
Zespół porównał dane LAT z danymi HAWC i stwierdził, że zestawy danych są zgodne. Odkryli również, że jasna pobliska Geminga może być odpowiedzialna za aż 20% wysokoenergetycznych pozytonów, które zaobserwowano w eksperymencie AMS-02. Ekstrapolując to do wszystkich skumulowanych emisji pulsarów w Drodze Mlecznej, zespół twierdzi, że pulsary pozostają najlepszym wyjaśnieniem oryginalnej tajemnicy: źródłem wszystkich pozytonów w pobliżu Ziemi.
„Nasza praca pokazuje, jak ważne jest badanie poszczególnych źródeł, aby przewidzieć, w jaki sposób przyczyniają się one do promieniowania kosmicznego”, powiedział Di Mauro. „Jest to jeden z aspektów ekscytującej nowej dziedziny zwanej astronomią wielu pasażerów, w której badamy wszechświat za pomocą wielu sygnałów, takich jak promienie kosmiczne, oprócz światła”.
Więcej:
- Informacja prasowa: Misja Fermi NASA łączy pobliskie promienie gamma Pulsara „Halo” z łamigłówką antymaterii
- Artykuł badawczy: Wykrywanie aureoli aureoli wokół Gemingi z danymi Fermi-LAT i implikacje dla strumienia pozytronowego
- Wikipedia: Compton Scattering
