Astronomové sledovali blízký pulsar s podivným svatozářem kolem něj. Ten pulsar může nějakou dobu odpovědět na otázku, která je zmatená astronomy. Pulsar se jmenuje Geminga a je to jeden z nejbližších pulsarů na Zemi, vzdálených asi 800 světelných let v souhvězdí Blíženci. Nejen, že je blízko Země, ale Geminga je také velmi jasný v paprscích gama.
Samotný halo je očividně pro naše oči neviditelné, protože je ve vlnových délkách gama. (Vesmírný dalekohled NASA Fermi Gamma-ray to objevil.) Ale je velký, pokrývá tolik oblohy jako 40 plných měsíců.
Halo může být zodpovědný za některé děje v našem vlastním sousedství: v okolí Země je velké množství antihmoty a její přítomnost vědce po desetiletí zmátla.
"Naše analýza naznačuje, že tentýž pulsar by mohl být zodpovědný za desetiletí hádanku o tom, proč je jeden typ kosmické částice neobvykle bohatý na Zemi," řekla Mattia Di Mauro, astrofyzikka na Katolické univerzitě ve Washingtonu a Goddard Space NASA Letové centrum v Greenbeltu v Marylandu. "Jsou to pozitrony, antihmotová verze elektronů, přicházející odněkud mimo sluneční soustavu."
Pulzar je zbytek masivní hvězdy, která je pryč supernova. Geminga je výsledkem výbuchu supernovy asi před 300 000 lety v souhvězdí Blíženci. Je to rotující neutronová hvězda, která je určitým způsobem orientována na Zemi, takže její energie je namířena proti nám jako zametající maják.
Pulzar je přirozeně obklopen oblakem elektronů a pozitronů. Je to proto, že neutronová hvězda má intenzivní elektromagnetické pole, nejsilnější ze všech známých objektů. Super silné pole táhne částice z povrchu pulsaru a urychluje je téměř rychlostí světla.
Tyto rychle se pohybující částice, včetně elektronů a jejich protějšků antihmoty, pozitronů, jsou kosmické paprsky. Protože kosmické paprsky nesou elektrický náboj, podléhají účinkům magnetických polí. Než kosmické paprsky dorazí na Zemi, astronomové nemohou určit jejich zdroj.
Během posledních deseti let různé observatoře a experimenty odhalily více energetických pozitronů v našem okolí, než se očekávalo. Ferom gama kosmický dalekohled NASA, magnetický spektrometr Alpha NASA a další experimenty je všechny detekovaly. Vědci očekávali, že zdrojem jsou blízké pulsary, včetně Gemingy. Ale vzhledem k tomu, jak jsou tyto pozitrony ovlivněny magnetickými poli, nemohlo být prokázáno.
Do roku 2017.
V tom roce potvrdila Gama-ray Observatory High-Altitude Water Cherenkov (HAWC), co našly některé pozemní detekce: malý, ale intenzivní halo gama paprsku kolem Geminga. HAWC detekoval energie v halo struktuře 5 - 40 TeV, nebo Tera-elektron voltů. To je světlo s bilionykrát více energie, než naše oči vidí.
Vědci si původně mysleli, že halo s vysokou energií je způsobeno zrychlenými elektrony a pozitrony, které se střetávají s hvězdným světlem, což by zvýšilo jejich energii a učinilo je super jasnými. Když nabitá částice převede část své energie na foton, nazývá se to inverzní-Comptonův rozptyl.
Tým využívající HAWC k pozorování Gemingy a jejího svatozáře však dospěl k závěru: tyto vysokoenergetické pozitrony se na Zemi dostanou jen zřídka, a to na základě velikosti halou. Takže muselo existovat další vysvětlení pro množství pozitronů poblíž Země.
Vědci, kteří studovali přítomnost pozitronů poblíž Země, pulzary z jejich seznamu ještě nepřekročili. A jako blízký a jasný pulsar Geminga stále zaujal jejich zájem.
Mattia Di Mauro vedla malý tým vědců studujících desetiletou hodnotu dat Geminga z Fermiho velkoplošného dalekohledu (LAT.). LAT pozoruje méně energie světla než HAWC. Di Mauro je hlavním autorem nové studie představující tato zjištění. Studie má název „Detekce a -ray halou kolem Geminga s údaji Fermi-LAT a důsledky pro tok pozitronů.“ Příspěvek je publikován v Physics Review.
Jedním ze spoluautorů je Silvia Manconi, postdoktorandka na RWTH Aachen University v Německu. V tiskové zprávě Manconi řekl: „Abychom studovali halo, museli jsme odečíst všechny ostatní zdroje gama paprsků, včetně difúzního světla produkovaného srážkami kosmického paprsku s mezihvězdnými oblaky plynu. Prozkoumali jsme data pomocí 10 různých modelů mezihvězdných emisí. “
Jakmile tým odečetl všechny ostatní zdroje gama paprsků na obloze, data odhalila obrovskou podlouhlou strukturu; halo kolem Geminga. Struktura vysoké energie pokrývala na obloze 20 stupňů při 20 miliardách elektronových voltů a ještě větší oblast při nižších energiích.
Spoluautor studie Fiorenza Donato je z Italského národního institutu jaderné fyziky a univerzity v Turíně. Donato v tiskové zprávě řekl: „Částice s nižší energií cestují mnohem dále od pulsaru, než se dostanou do hvězdného světla, přenesou na ně část své energie a zvýší světlo na gama paprsky. Z tohoto důvodu emise gama záření pokrývá větší oblast při nižších energiích, “vysvětlil Donato. "Gemingova svatozář je také prodloužena částečně kvůli pohybu pulsaru vesmírem."
Tým porovnával data LAT s údaji HAWC a dospěl k závěru, že sady dat se shodují. Zjistili také, že jasný, blízký Geminga by mohl být zodpovědný až za 20% vysoce energetických pozitronů, které pozoroval experiment AMS-02. Tím, že extrapoluje z toho na všechny kumulativní emise pulsaru v Mléčné dráze, tým říká, že pulzary zůstávají nejlepším vysvětlením původního tajemství: zdrojem všech pozitronů poblíž Země.
"Naše práce ukazuje, že je důležité studovat jednotlivé zdroje a předpovídat, jak přispívají k kosmickým paprskům," řekl Di Mauro. "Toto je jeden aspekt vzrušujícího nového pole zvaného multimessenger astronomie, kde studujeme vesmír pomocí více signálů, jako jsou kosmické paprsky, kromě světla."
Více:
- Tisková zpráva: Odkazy NASA na misi Fermi v okolí Pulsarova gama paprsku „Halo“ na hádanku antihmoty
- Výzkumný článek: Detekce a -ray halou kolem Geminga pomocí Fermi-LAT dat a implikace pro tok pozitronu
- Wikipedia: Compton Scattering
