Πλήρης χάρτης του καλύτερου μοντέλου «φωτοστέφανο + δίσκο» με εκπομπές γραμμής ακτίνων γάμμα 511 keV. Πιστωτική εικόνα: INTEGRAL. Κάντε κλικ για μεγέθυνση.
Το ποζιτρόνιο, το αντίθετο της ύλης αντί για το ηλεκτρόνιο, είχε προβλεφθεί από την εξουσία κβαντικών κυμάτων του Paul Dirac - εκείνη την εποχή επαναστατική - για το ηλεκτρόνιο. Λίγα χρόνια αργότερα, το 1932, ο Carl Anderson ανακάλυψε το ποζιτρόνιο σε κοσμικές ακτίνες και ο Dirac πήρε το βραβείο Νόμπελ το 1933 και ο Anderson το 1936.
Όταν ένα ποζιτρόνιο συναντά ένα ηλεκτρόνιο, εκμηδενίζονται, παράγοντας δύο ακτίνες γάμμα. Μερικές φορές ωστόσο, ο αφανισμός προηγείται του σχηματισμού ποζιτρονίου, που είναι σαν ένα άτομο υδρογόνου με το πρωτόνιο να αντικαθίσταται από ένα ποζιτρόνιο (το ποζιτρόνιο έχει το δικό του σύμβολο, Ψ). Το ποζιτρόνιο έρχεται σε δύο μορφές, είναι ασταθές και αποσυντίθεται είτε σε δύο γάμμα (εντός περίπου 0,1 νανοδευτερόλεπτα) είτε σε τρία (εντός περίπου 100 νανοδευτερόλεπτα).
Οι αστρονόμοι γνωρίζουν από τη δεκαετία του 1970 ότι πρέπει να υπάρχουν πολλά ποζιτρόνια στο σύμπαν. Γιατί; Επειδή όταν ένα ποζιτρόνιο και ένα ηλεκτρόνιο εκμηδενίζονται για να δώσουν δύο γάμμα, και τα δύο έχουν το ίδιο μήκος κύματος, περίπου 0,024 Å ή 0,0024 nm (οι αστρονόμοι, όπως οι φυσικοί σωματιδίων, δεν μιλούν για τα μήκη κύματος των ακτίνων γάμμα, μιλούν για την ενέργειά τους · 511 keV σε αυτήν την περίπτωση). Οπότε, αν κοιτάξετε τον ουρανό με όραμα ακτίνων γάμμα - από ψηλά η ατμόσφαιρα φυσικά! - γνωρίζετε ότι υπήρχαν πολλά ποζιτρόνια, επειδή μπορείτε να δείτε πολλά γάμμα με ένα μόνο «χρώμα», 511 keV (είναι παρόμοιο με το συμπέρασμα ότι υπάρχει πολύ υδρογόνο στο σύμπαν παρατηρώντας πολλά κόκκινα (1,9 eV) H άλφα στο νυχτερινός ουρανός).
Από το φάσμα της φθοράς των τριών γάμμα του ποζιτρονίου, σε σύγκριση με την ένταση της γραμμής 511 keV, οι αστρονόμοι πριν από τέσσερα χρόνια επεξεργάστηκαν ότι περίπου το 93% των ποζιτρονίων των οποίων ο αφανισμός βλέπουμε σχηματίζεται ποζιτρόνιο πριν από την αποσύνθεση.
Πόσο ποζιτρόνιο; Στην έξοδο του Γαλαξία, περίπου 15 δισεκατομμύρια (χιλιάδες εκατομμύρια) τόνοι ποζιτρονίων εκμηδενίζονται κάθε δευτερόλεπτο. Αυτή είναι τόσο μεγάλη μάζα όσο τα ηλεκτρόνια σε δεκάδες τρισεκατομμύρια τόνους πράγματα που έχουμε συνηθίσει, όπως βράχοι ή νερό. περίπου όσο και σε έναν μεσαίου μεγέθους αστεροειδή, 40 χλμ.
Αναλύοντας τα δημόσια δεδομένα που κυκλοφόρησαν INTEGRAL (αξίας περίπου ενός έτους), ο J? Rgen Kn? Dlseder και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι:
- Τα ποζιτρόνια που εξοντώνονται στο δίσκο του Γαλαξία προέρχονται πιθανότατα από τη διάσπαση βήτα + (δηλ. ποζιτρόνιο) των ισοτόπων Αλουμίνιο-26 και Τιτάνιο-44, τα οποία παρήχθησαν σε πρόσφατες σουπερνόβες (θυμηθείτε, οι αστρονόμοι καλούν ακόμη και πριν από 10 εκατομμύρια χρόνια 'πρόσφατος')
- Ωστόσο, υπάρχουν περισσότερα ποζιτρόνια που εκμηδενίζονται στο γαλαξία από το δίσκο, με συντελεστή πέντε
- δεν φαίνεται να υπάρχουν πηγές «σημείου».
Φυσικά, για έναν επιστήμονα της INTEGRAL, μια πηγή «σημείου» δεν έχει το ίδιο νόημα με αυτό για έναν ερασιτέχνη αστρονόμο! Η όραση ακτίνων γάμμα στη γραμμή ποζιτρονίου είναι απίστευτα θολή, ένα αντικείμενο έξι μηνών απέναντι (3;) θα μοιάζει με «σημείο»! Παρ 'όλα αυτά, ο Kn? Dlseder και η ομάδα του αστροφυσικής θανάτου μπορούν να πουν ότι «καμία από τις πηγές που αναζητήσαμε δεν έδειξε σημαντική ροή 511 keV». Αυτοί οι 40 «συνηθισμένοι ύποπτοι» περιλαμβάνουν πάλσαρ, κβάζαρ, μαύρες τρύπες, απομεινάρια σουπερνόβων, περιοχές σχηματισμού αστεριών, πλούσια σμήνη γαλαξιών, δορυφορικούς γαλαξίες και σακάκια. Όμως, εξακολουθούν να αναζητούν: «Έχουμε πράγματι [σχεδιάσει] αφιερώσει INTEGRAL παρατηρήσεις των συνηθισμένων υπόπτων, όπως οι τύποι Ia supernovae (SN1006, Tycho) και LMXB (Cen X-4) που θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην επίλυση αυτού του προβλήματος "
Λοιπόν, από πού προέρχονται οι 15 δισεκατομμύρια τόνοι ποζιτρονίων που εκμηδενίζονται κάθε δευτερόλεπτο στην έξοδο; «Για μένα το πιο σημαντικό πράγμα για τον αφανισμό του ποζιτρονίου είναι ότι η κύρια πηγή εξακολουθεί να είναι ένα μυστήριο», λέει ο Kn? Dlseder. «Μπορούμε να εξηγήσουμε την εξασθενημένη εκπομπή από το δίσκο με διάσπαση αλουμινίου-26, αλλά το μεγαλύτερο μέρος των ποζιτρονίων βρίσκεται στην περιοχή διόγκωσης του Γαλαξία και δεν έχουμε καμία πηγή που να εξηγεί εύκολα όλα τα χαρακτηριστικά παρατήρησης. Συγκεκριμένα, εάν συγκρίνετε τον ουρανό 511 keV με τον ουρανό που παρατηρείται σε άλλα μήκη κύματος, αναγνωρίζετε ότι ο ουρανός 511 keV είναι μοναδικός! Δεν υπάρχει άλλος ουρανός που μοιάζει με αυτό που παρατηρούμε. "
Η ομάδα της INTEGRAL πιστεύει ότι μπορεί να αποκλείσει τεράστιες αλληλεπιδράσεις με αστέρια, collapsars, pulsars ή κοσμικές ακτίνες, γιατί εάν αυτές ήταν η πηγή των διογκωμένων ποζιτρονίων, τότε ο δίσκος θα ήταν πολύ πιο φωτεινός σε φως 511 keV.
Τα διογκούμενα ποζιτρόνια μπορεί να προέρχονται από δυαδικά αρχεία ακτίνων Χ χαμηλής μάζας, κλασικά novae ή σουπερνόβα τύπου 1a, μέσω ποικίλων διαδικασιών. Η πρόκληση σε κάθε περίπτωση είναι να κατανοήσουμε πόσο επαρκή ποζιτρόνια δημιουργούνται από αυτά θα μπορούσαν να επιβιώσουν αρκετά αργότερα και να διαχέονται αρκετά μακριά από τους τόπους γέννησής τους.
Τι γίνεται με τις κοσμικές χορδές; Ενώ το πρόσφατο έγγραφο Tanmay Vachaspati που προτείνει αυτά ως πιθανή πηγή των διογκωμένων ποζιτρονίων βγήκε πολύ πρόσφατα για τους Kn? Dlseder et al. να εξετάσω για το χαρτί τους, «Ωστόσο, για μένα δεν είναι προφανές ότι έχουμε αρκετούς περιορισμούς παρατήρησης για να δηλώσουμε ότι οι κοσμικές χορδές κάνουν το 511 keV. δεν γνωρίζουμε καν αν υπάρχουν κοσμικές χορδές. Κάποιος θα χρειαζόταν ένα μοναδικό χαρακτηριστικό των κοσμικών χορδών που αποκλείουν όλες τις άλλες πηγές, και σήμερα νομίζω ότι είμαστε μακριά από αυτό. "
Ίσως το πιο συναρπαστικό, τα ποζιτρόνια μπορεί να προέρχονται από τον αφανισμό ενός σωματιδίου σκοτεινής ύλης χαμηλής μάζας και του αντι-σωματιδίου του, ή ως Kn? Dlseder et al. Βάλτε την «Εξαφάνιση ελαφριάς σκοτεινής ύλης (1-100 MeV), όπως πρότεινε πρόσφατα οι Boehm et al. (2004), είναι ίσως η πιο εξωτική αλλά και η πιο συναρπαστική υποψήφια πηγή γαλαξιακών ποζιτρονίων. " Η σκοτεινή ύλη είναι ακόμη πιο εξωτική από το ποζιτρόνιο. Η σκοτεινή ύλη δεν είναι αντι-ύλη και κανείς δεν μπόρεσε να την συλλάβει, πόσο μάλλον να την μελετήσει σε ένα εργαστήριο. Οι αστρονόμοι αποδέχονται ότι είναι πανταχού παρόν και η παρακολούθηση της φύσης της είναι ένα από τα πιο καυτά θέματα τόσο στην αστροφυσική όσο και στη σωματιδιακή φυσική. Εάν τα δισεκατομμύρια τόνους ανά δευτερόλεπτο ποζιτρονίων που εξοντώνονται στο γαλαξία δεν μπορεί να προέρχονται από κλασικά novae ή θερμοπυρηνικά σουπερνόβα, τότε ίσως φταίει η παλιά παλιά σκοτεινή ύλη.
