Οι αστρονόμοι παρακολουθούν ένα κοντινό πάλσαρ με ένα περίεργο φωτοστέφανο γύρω του. Αυτό το pulsar μπορεί να απαντήσει σε μια ερώτηση που προβληματίζει τους αστρονόμους για κάποιο χρονικό διάστημα. Το pulsar ονομάζεται Geminga και είναι ένα από τα πλησιέστερα pulsars στη Γη, περίπου 800 έτη φωτός μακριά στον αστερισμό Δίδυμοι. Όχι μόνο είναι κοντά στη Γη, αλλά η Geminga είναι επίσης πολύ φωτεινή στις ακτίνες γάμμα.
Το ίδιο το φωτοστέφανο είναι αόρατο στα μάτια μας, προφανώς, καθώς βρίσκεται στα μήκη κύματος γάμμα. (Το διαστημικό τηλεσκόπιο Fermi Gamma-ray της NASA το ανακάλυψε.) Αλλά είναι μεγάλο, καλύπτοντας τόσο μεγάλο μέρος του ουρανού όσο 40 γεμάτα φεγγάρια.
Το φωτοστέφανο μπορεί να είναι υπεύθυνο για κάποια πράγματα στη δική μας γειτονιά: υπάρχει μια αφθονία αντι-ύλης κοντά στη Γη και η παρουσία του προβληματίζει τους επιστήμονες για μια δεκαετία.
«Η ανάλυσή μας δείχνει ότι αυτό το ίδιο pulsar θα μπορούσε να είναι υπεύθυνο για ένα παζλ δεκαετίας σχετικά με το γιατί ένας τύπος κοσμικού σωματιδίου είναι ασυνήθιστα άφθονος κοντά στη Γη», δήλωσε η Mattia Di Mauro, αστροφυσικός στο Καθολικό Πανεπιστήμιο της Αμερικής στην Ουάσινγκτον και το Goddard Space της NASA Κέντρο πτήσης στο Greenbelt, Μέριλαντ. "Αυτά είναι τα ποζιτρόνια, η αντιύλη έκδοση των ηλεκτρονίων, που προέρχονται από κάπου πέρα από το ηλιακό σύστημα."
Ένα πάλσαρ είναι το κατάλοιπο ενός τεράστιου αστεριού που έχει φύγει σουπερνόβα. Το Geminga είναι το αποτέλεσμα μιας έκρηξης σουπερνόβα πριν από 300.000 χρόνια περίπου στον αστερισμό Δίδυμοι. Είναι ένα περιστρεφόμενο αστέρι νετρονίων που προσανατολίζεται με έναν συγκεκριμένο τρόπο προς τη Γη, έτσι ώστε η ενέργειά του να κατευθύνεται προς εμάς σαν έναν σαρωτικό φάρο.
Ένα pulsar περιβάλλεται φυσικά από ένα νέφος τόσο ηλεκτρονίων όσο και ποζιτρονίων. Αυτό συμβαίνει επειδή ένα αστέρι νετρονίων έχει έντονο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, το ισχυρότερο από οποιοδήποτε γνωστό αντικείμενο. Το εξαιρετικά ισχυρό πεδίο τραβά τα σωματίδια από την επιφάνεια του πάλσαρ και τα επιταχύνει σε σχεδόν ταχύτητα φωτός.
Αυτά τα ταχέως κινούμενα σωματίδια, συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρονίων και των αντισυλληπτικών τους, ποζιτρόνια, είναι κοσμικές ακτίνες. Δεδομένου ότι οι κοσμικές ακτίνες φέρουν ηλεκτρικό φορτίο, υπόκεινται στα αποτελέσματα των μαγνητικών πεδίων. Έτσι, όταν οι κοσμικές ακτίνες φτάσουν στη Γη, οι αστρονόμοι δεν μπορούν να εντοπίσουν την πηγή τους.
Κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας, διαφορετικά παρατηρητήρια και πειράματα έχουν εντοπίσει περισσότερα ποζιτρόνια υψηλής ενέργειας στην περιοχή μας από το αναμενόμενο. Το διαστημικό τηλεσκόπιο Fermi Gamma-ray της NASA, το Alpha Magnetic Spectrometer της NASA και άλλα πειράματα τα έχουν εντοπίσει. Οι επιστήμονες περίμεναν ότι τα κοντινά πάλσαρ, συμπεριλαμβανομένου του Geminga, ήταν η πηγή. Αλλά λόγω του τρόπου με τον οποίο αυτά τα ποζιτρόνια επηρεάζονται από μαγνητικά πεδία, δεν θα μπορούσε να αποδειχθεί.
Μέχρι το 2017.
Εκείνο το έτος, το Παρατηρητήριο ακτίνων γάμμα High-Altitude Cherenkov (HAWC) επιβεβαίωσε αυτό που είχαν βρει κάποιες ανιχνεύσεις εδάφους: ένα μικρό αλλά έντονο φωτοστέφανο γάμμα γύρω από τα Geminga. Το HAWC ανίχνευσε ενέργειες στη δομή φωτοστέφανου των 5 - 40 TeV ή Tera-electron Volts. Αυτό είναι ελαφρύ με τρισεκατομμύρια φορές περισσότερη ενέργεια από ό, τι μπορούν να δουν τα μάτια μας.
Αρχικά, οι επιστήμονες πίστευαν ότι το φωτοστέφανο υψηλής ενέργειας προκαλείται από τα επιταχυνόμενα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια που συγκρούονται με το φως του αστεριού, γεγονός που θα ενίσχυε την ενέργειά τους και θα τα έκανε εξαιρετικά φωτεινά. Όταν ένα φορτισμένο σωματίδιο μεταφέρει μέρος της ενέργειας του σε ένα φωτόνιο, αυτό ονομάζεται σκέδαση Inverse-Compton.
Αλλά η ομάδα που χρησιμοποιεί το HAWC για να παρατηρήσει τον Geminga και το φωτοστέφανο του κατέληξε στο συμπέρασμα: αυτά τα ποζιτρόνια υψηλής ενέργειας σπάνια θα έφταναν στη Γη, με βάση το μέγεθος του φωτοστέφανου. Έτσι έπρεπε να υπάρξει μια άλλη εξήγηση για την αφθονία των ποζιτρονίων κοντά στη Γη.
Οι επιστήμονες που μελετούσαν την παρουσία ποζιτρονίων κοντά στη Γη δεν διέσχισαν ακόμη τα πάλσαρ από τη λίστα τους. Και ως μια στενή και φωτεινή πάλσαρ, η Geminga έπιασε ακόμα το ενδιαφέρον τους.
Η Mattia Di Mauro οδήγησε μια μικρή ομάδα επιστημόνων που μελετούσαν δεδομένα Geminga μιας δεκαετίας από το Τηλεσκόπιο Μεγάλης Περιοχής της Fermi (LAT.) Η LAT παρατηρεί χαμηλότερο ενεργειακό φως από ό, τι το HAWC. Ο Di Mauro είναι ο κύριος συγγραφέας μιας νέας μελέτης που παρουσιάζει αυτά τα ευρήματα. Η μελέτη έχει τίτλο «Ανίχνευση φωτοστέφανου; γύρω από τους Geminga με τα δεδομένα Fermi-LAT και επιπτώσεις στη ροή ποζιτρονίων». Η εργασία δημοσιεύεται στο Physics Review.
Ένας από τους συν-συγγραφείς της εφημερίδας είναι η Silvia Manconi, μεταδιδακτορική ερευνητής στο Πανεπιστήμιο RWTH Aachen της Γερμανίας. Σε ένα δελτίο τύπου, ο Μανκόνι είπε: «Για να μελετήσουμε το φωτοστέφανο, έπρεπε να αφαιρέσουμε όλες τις άλλες πηγές ακτίνων γάμμα, συμπεριλαμβανομένου του διάχυτου φωτός που παράγεται από συγκρούσεις κοσμικών ακτίνων με διαστρικά σύννεφα αερίων. Εξερευνήσαμε τα δεδομένα χρησιμοποιώντας 10 διαφορετικά μοντέλα διαστρικών εκπομπών. "
Μόλις η ομάδα αφαίρεσε όλες τις άλλες πηγές ακτίνων γάμμα στον ουρανό, τα δεδομένα αποκάλυψαν μια τεράστια επιμήκη δομή. ένα φωτοστέφανο γύρω από τα Geminga. Η δομή υψηλής ενέργειας κάλυψε 20 μοίρες στον ουρανό με 20 δισεκατομμύρια ηλεκτρονικά βολτ και ακόμη μεγαλύτερη περιοχή με χαμηλότερες ενέργειες.
Η συν-συγγραφέας της μελέτης Fiorenza Donato είναι από το Ιταλικό Εθνικό Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής και το Πανεπιστήμιο του Τορίνο. Στο δελτίο τύπου, ο Ντόνατο είπε: «Τα σωματίδια χαμηλότερης ενέργειας ταξιδεύουν πολύ πιο μακριά από το πάλσαρ πριν συναντήσουν φως του αστεριού, μεταφέρουν μέρος της ενέργειας τους σε αυτό και ενισχύουν το φως στις ακτίνες γάμμα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η εκπομπή ακτίνων γάμμα καλύπτει μια μεγαλύτερη περιοχή σε χαμηλότερες ενέργειες », εξήγησε ο Donato. «Επίσης, το φωτοστέφανο του Geminga είναι επιμηκυμένο εν μέρει λόγω της κίνησης του πάλσαρ στο διάστημα.»
Η ομάδα συνέκρινε τα δεδομένα LAT με τα δεδομένα HAWC και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι τα σύνολα δεδομένων ταιριάζουν. Διαπίστωσαν επίσης ότι τα φωτεινά, κοντινά Geminga θα μπορούσαν να είναι υπεύθυνα για το 20% των ποζιτρονίων υψηλής ενέργειας που παρατήρησε το πείραμα AMS-02. Εξαιρώντας από αυτό σε όλες τις αθροιστικές εκπομπές πάλσαρ στον Γαλαξία, η ομάδα λέει ότι τα πάλσαρ παραμένουν η καλύτερη εξήγηση για το αρχικό μυστήριο: η πηγή όλων αυτών των ποζιτρονίων κοντά στη Γη.
«Η δουλειά μας καταδεικνύει τη σημασία της μελέτης μεμονωμένων πηγών για να προβλέψουμε πώς συμβάλλουν στις κοσμικές ακτίνες», δήλωσε ο Di Mauro. "Αυτή είναι μια πτυχή του συναρπαστικού νέου πεδίου που ονομάζεται αστρονομία πολλαπλών επιβατών, όπου μελετάμε το σύμπαν χρησιμοποιώντας πολλαπλά σήματα, όπως κοσμικές ακτίνες, εκτός από το φως."
Περισσότερο:
- Δελτίο Τύπου: Η αποστολή Fermi της NASA συνδέει το γειτονικό «Halo» του Pulsar με το γρίφο Antimatter
- Ερευνητικό έγγραφο: Ανίχνευση φωτοστέφανου α-ακτίνας γύρω από τους Geminga με τα δεδομένα Fermi-LAT και επιπτώσεις στη ροή ποζιτρονίων
- Wikipedia: Compton Scattering
