Новое исследование связывает гамма-излучение пульсара с антиматерией

Нейтронная звезда - это ядро, оставшееся от звезды, намного более массивной, чем Солнце.

0 1 228

Космический НАСА Fermi Gamma-ray обнаружил слабое, но большое по площади свечение высокоэнергетического света вокруг одного из самых близких к Земле пульсаров.

Если бы он был виден человеческому глазу, то этот «ореол» гамма-излучения на небе мог бы быть примерно в 40 раз больше, чем полная Луна. Эта структура может обеспечить решение давней загадки о количестве антивещества в нашем районе Галактики.

«Наш показывает, что этот самый может быть ответственен за десятилетнюю загадку о том, почему один тип космических частиц необычайно распространен вблизи Земли», —  говорят ученые. «Это позитроны, анти-версия электронов, приходящих из-за пределов Солнечной системы».

Нейтронная звезда — это ядро, оставшееся от звезды, намного более массивной, чем Солнце. Когда у такой звезды заканчивается топливо, она коллапсирует под действием собственного веса и взрывается как сверхновая. Мы видим некоторые нейтронные звезды как пульсары — быстро вращающиеся объекты, испускающие лучи света, которые видны в космосе, подобно маякам.

Geminga, обнаруженный в 1972 году, является одним из самых ярких пульсаров в гамма-лучах. Он расположен на расстоянии около 800 световых лет в созвездии Близнецов. Имя Geminga — это и игра фразы «Источник гамма-излучения Близнецов», и выражение «его там нет», относящееся к неспособности астрономов найти объект в других энергиях — на миланском диалекте в Италии.

Смотрите также  Темная материя оказалась легче и теплее, чем считалось ранее

Спустя почти 20 лет, в марте 1991 года Geminga был идентифицирован, когда мерцающее рентгеновское излучение, полученное немецкой миссией ROSAT, показало, что его источником является пульсар, вращающийся 4,2 раза в секунду.

естественным образом окружает себя облаком электронов и позитронов. Это потому, что интенсивное нейтронной звезды вытягивает частицы с поверхности пульсара и ускоряет их почти до скорости света.

Электроны и позитроны относятся к числу быстрых частиц, известных как космические лучи, которые приходят из-за пределов Солнечной системы.

Поскольку частицы космических лучей несут электрический заряд, их пути становятся скремблированными, когда они сталкиваются с магнитными полями на их пути к Земле. Это означает, что астрономы не могут напрямую отследить их до своих источников.

Эта модель гало гамма-излучения показывает, как излучение изменяется при разных энергиях в результате двух эффектов. Во-первых, это быстрое движение пульсара в течение десятилетия. Большой Ферми это заметил. Во-вторых, частицы с более низкой энергией уходят намного дальше от пульсара, прежде чем они взаимодействуют со звездным светом и повышают его до энергий гамма-излучения. Вот почему гамма-излучение охватывает большую площадь при более низких энергиях. Один ГэВ представляет 1 миллиард электрон-вольт — в миллиарды раз больше энергии видимого света. © NASA’s Goddard Space Flight Center/M. Di Mauro

В течение последнего десятилетия космических лучей на борту Международной космической станции и другие космические эксперименты вблизи Земли показали больше позитронов при высоких энергиях, чем ожидали ученые. Соседние пульсары, такие как Геминга, были главными подозреваемыми.

Затем, в 2017 году, ученые из обсерватории HAWC, Мексика, подтвердили более ранние наземные обнаружения небольшого гало гамма-излучения вокруг Geminga. Они наблюдали эту структуру при энергиях от 5 до 40 триллионов электрон-вольт — света с энергией в триллионы раз больше, чем могут видеть наши глаза.

Ученые считают, что это излучение возникает, когда ускоренные электроны и позитроны сталкиваются со светом соседних звезд. Столкновение увеличивает до гораздо более высоких энергий.

Смотрите также  Вращение астероида Бенну ускоряется со временем

Основываясь на размере гало, исследователи HAWC пришла к выводу, что позитроны Geminga при этих энергиях редко достигают Земли. Если это правда, то это означает, что наблюдаемый избыток позитронов должен иметь более экзотическое объяснение.

Но интерес к происхождению продолжался, и Geminga остался в центре исследований. Ученые провели анализ десятилетия данных гамма-излучения Geminga, полученных телескопом Ферми (LAT), который наблюдает с более низкой энергией, чем HAWC.

«Чтобы изучить гало, мы должны были вычесть все другие источники гамма-лучей, включая рассеянный свет, производимый столкновениями космических лучей с межзвездными газовыми облаками», — говорят астрономы. «Мы исследовали данные, используя 10 различных моделей межзвездной эмиссии.»

Частицы, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, могут взаимодействовать со звездным светом и повышать его до энергии гамма-излучения. Эта анимация показывает процесс, известный как обратное комптоновское рассеяние. Когда в диапазоне от микроволновой до ультрафиолетовой длин волн сталкивается с быстро движущейся частицей, взаимодействие усиливает его до гамма-лучей, наиболее энергичной формы света. © NASA’s Goddard Space Flight Center

То, что осталось, когда эти источники были удалены, было обширным, продолговатым свечением, охватывающим около 20 градусов на небосклоне с энергией 10 миллиардов электрон-вольт (ГэВ). Это похоже на размер знаменитого созвездия Большой Медведицы, а гало было еще больше при более низких энергиях.

Ученые определили, что данные Ферми были совместимы с более ранними наблюдениями HAWC. Только Geminga может быть ответственна за целых 20% высокоэнергетических позитронов, наблюдаемых в эксперименте AMS-02.

Экстраполируя это на кумулятивное излучение от всех пульсаров в нашей галактике, ученые говорят, что ясно, что пульсары остаются лучшим объяснением избытка позитронов.


Mattia Di Mauro et al. Detection of a γ -ray halo around Geminga with the Fermi -LAT data and implications for the positron flux, Physical Review D (2019). DOI: 10.1103/PhysRevD.100.123015

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x