All-sky mapa nejvhodnějšího modelu „halo + disk“ s emisemi gama paprsků 511 keV. Obrazový kredit: INTEGRAL. Klikni pro zvětšení.
Pozitron, protinádorový protějšek elektronu, předpovídal Paul Dirac - v té době revoluční - rovnice kvantové vlny pro elektron. O několik let později, v roce 1932, Carl Anderson objevil pozitron v kosmických paprscích a Dirac získal Nobelovu cenu v roce 1933 a Anderson v roce 1936.
Když pozitron potká elektron, zničí ho a vytvoří dva gama paprsky. Někdy však annihilaci předchází vytvoření pozitronia, které je jako atom vodíku s protonem nahrazeným pozitronem (pozitron má svůj vlastní symbol, Ps). Positronium se vyskytuje ve dvou formách, je nestabilní a rozpadá se na dvě gama (do asi 0,1 nanosekund) nebo tři (do asi 100 nanosekund).
Astronomové věděli od 70. let, že ve vesmíru musí být spousta pozitronů. Proč? Protože když pozitron a elektronový annihilát dávají dvě gama, obě mají stejnou vlnovou délku, asi 0,024 Á nebo 0,0024 nm (astronomové, jako jsou fyzici částic, nemluví o vlnových délkách paprsků gama, mluví o své energii; keV v tomto případě). Takže pokud se podíváte na oblohu pomocí gama vidění - samozřejmě z atmosféry! - víte, že tam bylo spousta pozitronů, protože můžete vidět spoustu gamas jedné 'barvy', 511 keV (je podobné závěru, že ve vesmíru je spousta vodíku, když si všimnete spousty červené (1,9 eV) alfa alfa v noční obloha).
Ze spektra rozpadu pozitronu o třech gama ve srovnání s intenzitou čáry 511 keV astronomové před čtyřmi lety zjistili, že asi 93% pozitronů, jejichž zničení vidíme, tvoří před pozitronem formu pozitronu.
Kolik positronium? V bouli Mléčné dráhy se každou sekundu zničí asi 15 miliard (tisíc milionů) tun pozitronů. To je tolik hmoty jako elektrony v desítkách bilionů tun věcí, na které jsme zvyklí, jako jsou kameny nebo voda; asi stejně jako u asteroidu střední velikosti, 40 km napříč.
Analýzou veřejně zveřejněných údajů INTEGRAL (v hodnotě asi jednoho roku) zjistil J? Rgen Kn? Dlseder a jeho kolegové, že:
- pozitrony, které jsou zničeny na disku Mléčná dráha, s největší pravděpodobností pocházejí z rozpadu beta + (tj. pozitronů) izotopů Aluminium-26 a Titanium-44, které samy byly vyrobeny v nedávných supernovách (pamatujte, astronomové volají ještě před 10 miliony let) „poslední“)
- nicméně existuje více pozitronů, které jsou zničeny v bouli Mléčné dráhy než na disku, faktorem pět
- zdá se, že neexistují žádné „bodové“ zdroje.
Samozřejmě, pro vědce INTEGRAL nemá „bodový“ zdroj úplně stejný význam jako pro amatérského astronoma! Vidění gama paprskem v positroniové linii je neuvěřitelně rozmazané, objekt o šesti měsících napříč (3?) By vypadal jako „bod“! Kn? Dlseder a jeho tým astrofyzikálních sleuthů jsou však schopni říci, že „žádný ze zdrojů, které jsme hledali, nevykazoval významný tok 511 keV“; Mezi těchto 40 „obvyklých podezřelých“ patří pulsary, kvazary, černé díry, zbytky supernov, oblasti vytvářející hvězdy, bohaté shluky galaxií, satelitní galaxie a blazary. Stále však hledají: „Opravdu jsme [plánovali] oddané INTEGRÁLNÍ pozorování obvyklých podezřelých, jako jsou supernovy typu Ia (SN1006, Tycho) a LMXB (Cen X-4), které by mohly pomoci vyřešit tento problém. . “
Tak odkud pochází 15 miliard tun pozitronů, které jsou zničeny každou sekundu v bouli? "Pro mě je nejdůležitější věcí ničení pozitronů to, že hlavním zdrojem je stále záhada," říká Kn? Dlseder. "Můžeme vysvětlit slabé emise z disku rozpadem hliníku-26, ale většina pozitronů se nachází v vypouklé oblasti Galaxie a nemáme žádný zdroj, který by mohl snadno vysvětlit všechny pozorovací charakteristiky." Zejména pokud porovnáte nebe 511 keV s nebe pozorované na jiných vlnových délkách, zjistíte, že nebe 511 keV je jedinečné! Neexistuje žádná jiná obloha, která by se podobala tomu, co pozorujeme. “
Tým INTEGRAL má pocit, že může vyloučit masivní interakce hvězd, kolapsů, pulsarů nebo kosmických paprsků, protože kdyby to byl zdroj vydutých pozitronů, pak by byl disk mnohem jasnější ve světle 511 keV.
Vypouklé pozitrony mohou pocházet z nízkohmotných rentgenových binárních souborů, klasických novinek nebo supernov typu 1a pomocí různých procesů. Výzvou v každém případě je pochopit, jak dostatečné pozitrony vytvořené těmito by mohly přežít dostatečně dlouho poté a rozptýlit se dostatečně daleko od svých rodných míst.
A co kosmické struny? Zatímco nedávný dokument Tanmay Vachaspati, který je navrhoval jako možný zdroj vydutých pozitronů, vyšel příliš nedávno pro Kn? Dlseder et al. zvážit pro svůj článek: „Přesto pro mě není zřejmé, že máme dostatek pozorovacích omezení, abych řekl, že kosmické řetězce vytvářejí 511 keV; ani nevíme, zda existují kosmické řetězce. Člověk by potřeboval jedinečnou charakteristiku kosmických řetězců, které vylučují všechny ostatní zdroje, a dnes si myslím, že jsme od toho daleko. “
Snad nejzajímavější je, že pozitrony mohou pocházet z ničení nízkohmotné částice temné hmoty a její antičástice, nebo jako Kn? Dlseder et al. řekněte to „Zničení Světlé temné hmoty (1-100 MeV), jak nedávno navrhli Boehm et al. (2004), je pravděpodobně nejexotičtějším, ale také nejzajímavějším kandidátským zdrojem galaktických pozitronů. “ Temná hmota je ještě exotičtější než positronium; temná hmota není antihmota a nikdo ji nedokázal zachytit, natož studovat v laboratoři. Astronomové uznávají, že je všudypřítomná a sledování její podstaty je jedním z nejžhavějších témat astrofyziky i částicové fyziky. Pokud miliardy tun za sekundu pozitronů, které jsou zničeny v bouli Mléčné dráhy, nemohly pocházet z klasických novotvarů nebo termonukleárních supernov, pak možná na vině je dobrá stará temná hmota.
