Astronomi opazujejo bližnji pulsar s čudnim halo okoli njega. Ta pulsar bi lahko odgovoril na vprašanje, ki že nekaj časa zmede astronome. Pulsarju je poimenovan Geminga in je eden izmed najbližjih pulsarjev na Zemlji, približno 800 svetlobnih let v ozvezdju Blizanci. Ne le, da je blizu Zemlje, ampak je Geminga zelo svetla tudi v gama žarkih.
Halo je za naše oči očitno nevidno, saj je v valovnih dolžinah gama. (Nasin vesoljski teleskop Fermi je odkril.) Vendar je velik, pokriva toliko neba kot 40 polnih Lun.
Halo je morda odgovoren za dogajanje v naši lastni soseščini: v bližini Zemlje je veliko snovi proti snovju in njena prisotnost je že desetletje zmedla znanstvenike.
"Naša analiza kaže, da bi ta isti pulsar lahko bil odgovoren za desetletje sestavljanke o tem, zakaj je ena vrsta kozmičnih delcev nenavadno bogata blizu Zemlje," je dejal Mattia Di Mauro, astrofizik na Katoliški univerzi v Ameriki v Washingtonu in NASA-in Goddard Space Letalski center v Greenbeltu v Marylandu. "To so pozitroni, različica antimaterije za elektrone, ki prihajajo od nekje onstran osončja."
Pulsar je ostanek velike zvezde, ki je postala supernova. Geminga je posledica eksplozije supernove pred približno 300.000 leti v ozvezdju Blizanci. To je vrtljiva nevtronska zvezda, ki je na nek način usmerjena proti Zemlji, tako da je njena energija usmerjena proti nam kot svetilnik.
Pulsar je naravno obdan z oblakom elektronov in pozitronov. Zato, ker ima nevtronska zvezda intenzivno elektromagnetno polje, najmočnejše od vseh znanih predmetov. Super močno polje potegne delce s pulsarjeve površine in jih pospeši do skoraj svetlobne hitrosti.
Ti hitro premikajoči se delci, vključno z elektroni in njihovimi protipostavkami, pozitroni, so kozmični žarki. Ker kozmični žarki nosijo električni naboj, so podvrženi vplivom magnetnih polj. Torej, ko kozmični žarki dosežejo Zemljo, astronomi ne morejo natančno določiti svojega vira.
V zadnjem desetletju ali več so različni opazovalni centri in poskusi v naši bližini zaznali več visokoenergijskih pozitronov, kot smo pričakovali. Nasin vesoljski teleskop Fermi Gama, NASA-in magnetni spektrometer Alpha in drugi poskusi so jih odkrili. Znanstveniki so pričakovali, da so bili v bližini pulsari, tudi Geminga. Toda zaradi tega, kako na te pozitrone vplivajo magnetna polja, tega ni bilo mogoče dokazati.
Do leta 2017.
Tistega leta je Glazbeni opazovalni center Čerenkov z visoko višino vode (HAWC) potrdil, kaj so našli nekatere zemeljske zaznave: majhen, vendar intenziven halo gama žarkov okoli Geminge. HAWC je zaznal energije v halo strukturi 5 - 40 TeV ali Tera-elektronov voltov. To je svetloba s trilijoni krat več energije, kot jo vidijo naše oči.
Sprva so znanstveniki menili, da halo visoke energije povzročajo pospešeni elektroni in pozitroni, ki trčijo v zvezdno svetlobo, kar bi povečalo njihovo energijo in jih naredilo super svetle. Ko nabiti delci del svoje energije prenašajo v foton, ki se imenuje razpršitev s obratnim komptonom.
Toda ekipa, ki uporablja HAWC za opazovanje Geminga in njegovega haloa, je prišla do zaključka: ti visokoenergetski pozitroni bi le redko dosegli Zemljo glede na velikost haloa. Zato je bilo treba razložiti še veliko positronov v bližini Zemlje.
Znanstveniki, ki so preučevali prisotnost pozitronov v bližini Zemlje, še niso prečesali pulsarjev s svojega seznama. In kot blizu in svetel pulsar je Geminga še vedno vzbudil njihovo zanimanje.
Mattia Di Mauro je vodil majhno skupino znanstvenikov, ki je preučevala desetletja vredne podatke Geminga iz Fermijevega velikega teleskopa (LAT.), LAT opaža nižjo energijsko svetlobo kot HAWC. Di Mauro je glavni avtor nove študije, ki predstavlja te ugotovitve. Študija je naslovljena "Zaznavanje halora-a okoli Geminga s podatki Fermi-LAT in posledicami za pozitronski tok." Prispevek je objavljen v reviji Physics Review.
Eden od soavtoric prispevka je Silvia Manconi, podoktorska raziskovalka na univerzi RWTH Aachen v Nemčiji. Manconi je v sporočilu za javnost dejal: "Če smo želeli preučiti halo, smo morali odšteti vse druge vire gama žarkov, vključno z razpršeno svetlobo, ki jo povzročajo trki kozmičnih žarkov z medzvezdnimi plinskimi oblaki. Podatke smo raziskali z 10 različnimi modeli medzvezdnih emisij. "
Ko je ekipa odštela vse druge vire gama žarkov na nebu, so podatki razkrili veliko podolgovato strukturo; halo okoli Geminga. Visokoenergijska struktura je pokrivala 20 stopinj na nebu pri 20 milijard elektronskih voltov in še večje območje pri nižjih energijah.
Soavtor študije Fiorenza Donato je z italijanskega Nacionalnega inštituta za jedrsko fiziko in Univerze v Torinu. V sporočilu za javnost je Donato dejal: "Delci nižje energije potujejo veliko dlje od pulsarja, preden naletijo na zvezdno svetlobo, prenašajo nanjo del svoje energije in povečajo svetlobo z gama žarki. Zato emisija gama žarkov pokriva večje območje z nižjimi energijami, "je pojasnil Donato. "Tudi halo Geminge je delno podolgovato zaradi gibanja pulsara skozi vesolje."
Skupina je primerjala podatke LAT s podatki HAWC in ugotovila, da se nabori podatkov ujemajo. Ugotovili so tudi, da bi lahko svetla bližnja Geminga bila odgovorna za kar 20% visokoenergijskih positronov, ki jih je opazil eksperiment AMS-02. Skupina pravi, da pulsarji ostajajo najboljša razlaga za prvotno skrivnost: vir vseh teh pozitronov v bližini Zemlje.
"Naše delo kaže na pomembnost preučevanja posameznih virov, da bi predvideli, kako prispevajo k kozmičnim žarkom," je dejal Di Mauro. "To je en vidik vznemirljivega novega polja, imenovanega multimessenger astronomija, kjer raziskujemo vesolje z uporabo več signalov, kot so kozmični žarki, poleg svetlobe."
Več:
- Sporočilo za javnost: Nasina misija Fermi povezuje bližnjo Pulsarjevo gamo-žarko "Halo" proti sestavi antimaterije
- Raziskovalni članek: Zaznavanje halo--a okoli Geminga s podatki Fermi-LAT in posledicami za pozitronski tok
- Wikipedia: Compton Scattering
