Астрономи спостерігають за сусіднім пульсаром із дивним ореолом навколо нього. Цей пульсар може відповісти на запитання, яке певний час спантеличує астрономів. Пульсар названий Geminga, і це один з найближчих до Землі пульсарів, що знаходиться приблизно за 800 світлових років у сузір'ї Близнюків. Мало того, що він близький до Землі, але і Geminga також дуже яскравий у гамма-променях.
Сам ореол невидимий для наших очей, очевидно, оскільки він знаходиться в довжинах хвиль гамма. (Нас виявив космічний телескоп Фермі-гамма-променевого апарату Фермі.) Але він великий, охоплює стільки неба, скільки 40 повних Місяць.
Ореол може бути причиною деяких подій у нашому мікрорайоні: поблизу Землі є безліч антиматеріалів, і її присутність десятком років спантеличує вчених.
"Наш аналіз свідчить про те, що цей самий пульсар міг би бути відповідальним за десятиліття загадки про те, чому один тип космічних частинок незвично рясний поблизу Землі", - сказав Маттіа Ді Мауро, астрофізик з Католицького університету Америки у Вашингтоні та космічний центр Годдарда НАСА Льотний центр у Ґрінбелті, штат Меріленд. "Це позитрони, антиматеріальна версія електронів, що надходять десь за межі Сонячної системи".
Пульсар - це залишок масивної зірки, яка відійшла від наднової. Гемінга - результат вибуху наднової близько 300 000 років тому в сузір'ї Близнюків. Це обертається нейтронна зірка, яка певним чином орієнтується на Землю, так що її енергія спрямована до нас, як маяк.
Пульсар природним чином оточений хмарою як електронів, так і позитронів. Це тому, що нейтронна зірка має інтенсивне електромагнітне поле, найсильніше з будь-якого відомого об'єкта. Надсильне поле витягує частинки з поверхні пульсара і прискорює їх до майже швидкості світла.
Ці частинки, що швидко рухаються, включаючи електрони та їх аналоги проти матерії, позитрони, - це космічні промені. Оскільки космічні промені несуть електричний заряд, вони піддаються впливу магнітних полів. Тож до часу, коли космічні промені досягають Землі, астрономи не можуть точно визначити своє джерело.
Протягом останнього десятиліття або близько того, різні обсерваторії та експерименти виявили більше позитронів з високою енергією в нашій околиці, ніж очікувалося. Гасмічний телескоп Фермі НАСА Фермі, магнітний спектрометр NASA Альфа та інші експерименти виявили їх. Вчені очікували, що джерелом поблизу є пульсари, включаючи Гемінгу. Але через те, як на ці позитрони впливають магнітні поля, це не можна було довести.
До 2017 року.
Того року Високогірна обсерваторія Гамма-променів Черенкова (HAWC) підтвердила те, що знайшли деякі наземні виявлення: невеликий, але інтенсивний ореол гамма-променів навколо Гемінга. HAWC виявив енергію в структурі ореолу 5 - 40 ТеВ, або Тера-електронних вольт. Це світло у трильйони разів більше енергії, ніж наші очі.
Спочатку вчені вважали, що ореол високої енергії викликається прискореними електронами та позитронами, що стикаються зіркового світла, що посилить їх енергію та зробить їх надзвичайно яскравими. Коли заряджена частинка передає частину своєї енергії фотону, який називається розсіяним зворотним комптоном.
Але команда, яка використовувала HAWC для спостереження за Гемінгою та його ореолом, дійшла висновку: ці високоенергетичні позитрони лише рідко досягають Землі, виходячи з розміру ореолу. Тож довелося ще одне пояснення щодо кількості позитронів поблизу Землі.
Вчені, які вивчають наявність позитронів біля Землі, поки не перекреслили пульсарів зі свого списку. І як близький і яскравий пульсар, Джемінга все-таки привертав їх інтерес.
Маттіа Ді Мауро керував невеликою групою вчених, які вивчали дані про Гемінгу за десятки років з телескопа Фермі з великим простором (LAT.). LAT спостерігає світло з меншою енергією, ніж HAWC. Ді Мауро є головним автором нового дослідження, що представляє ці висновки. Дослідження має назву "Виявлення ореолу? -Місяця навколо Geminga з даними Fermi-LAT та наслідками для потоку позитрона". Стаття опублікована в «Фізичний огляд».
Одним із співавторів роботи є Сільвія Манконі, докторантура з університету RWTH Aachen у Німеччині. У прес-релізі Манконі сказав: "Щоб вивчити ореол, нам довелося відняти всі інші джерела гамма-променів, включаючи дифузне світло, що утворюється при зіткненні космічних променів з міжзоряними газовими хмарами. Ми дослідили дані, використовуючи 10 різних моделей міжзоряного викиду ».
Як тільки команда відняла всі інші джерела гамма-променів на небі, дані виявили величезну довгасту структуру; ореол навколо Гемінги. Структура високої енергії охоплювала 20 градусів на небі при 20 мільярдах електронних вольт, а ще більшу площу при менших енергіях.
Співавтор дослідження Фіоренца Донато є з італійського Національного інституту ядерної фізики та Університету Туріна. У прес-релізі Донато сказав: "Частинки нижчої енергії подорожують набагато далі від пульсару, перш ніж вони потрапляють на зіркове світло, передають частину своєї енергії на нього і підсилюють світло до гамма-променів. Ось чому випромінювання гамма-променів охоплює більшу площу при менших енергіях », - пояснив Донато. "Крім того, ореол Джемінги подовжений частково через рух пульсара по простору".
Команда порівняла дані LAT з даними HAWC і дійшла висновку, що набори даних збігаються. Вони також виявили, що яскрава, неподалік від Geminga може бути відповідальною за 20% високоенергетичних позитронів, які спостерігав експеримент AMS-02. Екстраполюючи від цього всі кумулятивні пульсарні викиди в Чумацькому Шляху, команда каже, що пульсари залишаються найкращим поясненням первісної таємниці: джерелом усіх цих позитронів поблизу Землі.
"Наша робота свідчить про важливість вивчення окремих джерел для прогнозування того, як вони вносять внесок у космічні промені", - сказав Ді Мауро. "Це один із аспектів захоплюючого нового поля під назвою багатопосланської астрономії, де ми вивчаємо Всесвіт за допомогою безлічі сигналів, як космічні промені, крім світла".
Більше:
- Прес-реліз: Місія NASA Фермі посилається поблизу гамма-променів Пульсара "Ореол" до головоломки
- Дослідження: Виявлення ореолу? -Місяця навколо Geminga з даними Fermi-LAT та наслідками для позитронного потоку
- Вікіпедія: Compton Scattering
