Zemljevid z vsemi nebesi najbolj primernega modela "halo + disk" 511 keV emisije gama žarkov. Kreditna slika: INTEGRAL. Kliknite za povečavo.
Pozitron, ki je proti materiji proti materiji, je napovedal Paul Dirac-jeva - takrat revolucionarna - enačba kvantnih valov za elektron. Nekaj let pozneje, leta 1932, je Carl Anderson v kozmičnih žarkih odkril pozitrona, Dirac pa je dobil Nobelovo nagrado leta 1933, Anderson pa leta 1936.
Ko se pozitron sreča z elektronom, se uničijo in proizvajajo dva gama žarka. Včasih pa pred anihilacijo nastane pozitronij, ki je podoben vodikovemu atomu, pri čemer protoni nadomestijo pozitrona (positronij ima svoj simbol, Ps). Positronij ima dve obliki, je nestabilen in razpade v dve gami (v približno 0,1 nanosekunde) ali v tri (v približno 100 nanosekund).
Astronomi že od sedemdesetih let vedo, da mora biti v vesolju veliko pozitronov. Zakaj? Ker se pozitron in elektroni uničita, da bi dali dve gami, oba pa imata enako valovno dolžino, približno 0,024 Å ali 0,0024 nm (astronomi, kot fiziki delcev, ne govorijo o valovnih dolžinah gama žarkov, govorijo o svoji energiji; 511 keV v tem primeru). Torej, če na nebo gledate z gama-žarom - od zgoraj ozračje seveda! - veste, da je bilo veliko pozitronov, ker lahko vidite veliko gama ene same „barve“, 511 keV (podobno je ugotoviti, da je v vesolju veliko vodika, če opazite veliko rdečega (1,9 eV) H alfa v nočno nebo).
Iz spektra razpadanja tri gama pozitronija v primerjavi z intenziteto 511 keV so astronomi pred štirimi leti ugotovili, da približno 93% pozitronov, katerih uničenje vidimo, tvori pozitronij, preden razpadejo.
Koliko positronija? V izboklini Mlečne poti se vsako sekundo uniči približno 15 milijard (tisoč milijonov) ton positronov. To je toliko mase kot elektronov v več deset bilijonov ton stvari, ki smo jo vajeni, kot so kamnine ali voda; približno toliko kot v srednje velikem asteroidu, dolgem 40 km.
Z analizo javno objavljenih podatkov INTEGRAL (približno približno eno leto) sta J? Rgen Kn? Dlseder in njegovi sodelavci ugotovili, da:
- pozitroni, ki se uničujejo na disku Milky Way, najverjetneje izvirajo iz beta + (tj. poztronskega) razpada izotopov Aluminij-26 in Titanium-44, ki so bili sami proizvedeni v zadnjih supernovah (ne pozabite, astronomi kličejo še pred 10 milijoni let 'nedavno')
- vendar je več positronov uničeno v izboklini Mlečne poti kot na disku s faktorjem pet
- zdi se, da ni nobenega "točkovnega" vira.
Seveda za znanstvenika INTEGRAL "točkovni" vir nima povsem enakega pomena kot za amaterskega astronoma! Gama-žarki v positronijevi liniji so neverjetno zamegljeni, predmet, ki je bil šest mesecev čez (3?) Videti kot "točka"! Kljub temu Kndlseder in njegova ekipa astrofizičnih sledov lahko trdita, da "noben od virov, ki smo jih iskali, ni pokazal znatnega 511 keV toka"; teh 40 'običajnih osumljencev' vključuje pulsarje, kvazarje, črne luknje, ostanke supernove, zvezde, ki tvorijo zvezde, bogate grozdne skupine, satelitske galaksije in blazarje. Toda še vedno iščejo: "Resnično [smo načrtovali] namenjena INTEGRALNA opažanja običajnih osumljencev, kot so supernovee tipa Ia (SN1006, Tycho) in LMXB (Cen X-4), ki bi lahko pomagala rešiti to težavo . "
Torej, od kod prihajajo 15 milijard ton positronov, ki jih vsako sekundo uničijo v izboklini? "Zame je najpomembnejše pri uničevanju pozitrona to, da je glavni vir še vedno skrivnost," pravi Kn? Dlseder. "Slabo emisijo s diska lahko razložimo z razpadom aluminija-26, vendar je večina pozitronov locirana v območju izbokline Galaksije in nimamo vira, ki bi zlahka razložil vse opazovalne značilnosti. Še posebej, če primerjate nebo 511 keV z nebom, opaženo na drugih valovnih dolžinah, prepoznate, da je nebo 511 keV edinstveno! Ni drugega neba, ki bi bilo podobno tistemu, kar opazujemo. "
Ekipa INTEGRAL meni, da lahko izključi masivne zvezde, kolapsarje, pulsarje ali kozmične žarčne interakcije, kajti če bi bili ti izvor pozitronskih izboklin, bi bil disk v svetlobi 511 keV veliko svetlejši.
Pozitronski izboklini lahko prihajajo iz rentgenskih binarnih naprav z nizko maso, klasičnih novih ali supernov tipa 1a, skozi različne postopke. V vsakem primeru je izziv razumeti, kako lahko dovolj pozitronov, ki jih ustvarijo, pozneje preživijo dovolj dolgo in se razpršijo dovolj daleč od svojih rojstnih mest.
Kaj pa kozmični nizi? Medtem ko je pred kratkim objavljen dokument Tanmay Vachaspati, ki je predlagal, da je to mogoč vir izbočenih pozitronov, za Kndlseder idr. če upoštevamo njihov prispevek, "vendar zame ni očitno, da imamo dovolj opazovalnih omejitev, da lahko trdimo, da kozmični nizi tvorijo 511 keV; sploh ne vemo, ali obstajajo kozmični nizi Potrebovali bi edinstveno značilnost kozmičnih strun, ki izključujejo vse druge vire, in danes mislim, da smo daleč od tega. "
Morda je najbolj navdušujoče, da lahko pozitroni izvirajo iz delčka temne snovi z majhno maso in njenega proti-delcev ali kot Kndlseder et al. povedano je "uničevanje svetlobe temne snovi (1-100 MeV), kot so pred kratkim predlagali Boehm et al. (2004) je verjetno najbolj eksotičen, a tudi najbolj vznemirljiv kandidatni vir galaktičnih positronov. " Temna snov je še bolj eksotična kot positronij; temna snov ni anti-materija in je nihče ni mogel zajeti, kaj šele preučevati v laboratoriju. Astronomi sprejemajo, da je vseprisotno, in sledenje njegove narave je ena najbolj vročih tem v astrofiziki in fiziki delcev. Če milijarda ton na sekundo positronov, ki so bili uničeni v izboklini Mlečne poti, ne bi mogla izhajati iz klasičnih novih ali termonuklearnih supernov, potem je morda kriva dobra stara temna snov.
