• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Fermi-uppdraget länkar närliggande pulsars gammastrålning till antimateria-pussel

    Denna modell av Gemingas gammastrålgloria visar hur emissionen förändras vid olika energier, ett resultat av två effekter. Den första är pulsarens snabba rörelse genom rymden under det decennium som Fermis Large Area Telescope har observerat den. Andra, partiklar med lägre energi färdas mycket längre från pulsaren innan de interagerar med stjärnljus och förstärker det till gammastrålningsenergier. Det är därför gammastrålningen täcker ett större område vid lägre energier. En GeV representerar 1 miljard elektronvolt - miljarder gånger energin för synligt ljus. Kredit:NASA:s Goddard Space Flight Center/M. Di Mauro

    NASA:s Fermi Gamma-ray rymdteleskop har upptäckt en svag men spretig glöd av högenergiljus runt en närliggande pulsar. Om det är synligt för det mänskliga ögat, denna gammastrålning "halo" skulle verka cirka 40 gånger större på himlen än en fullmåne. Denna struktur kan ge lösningen på ett långvarigt mysterium om mängden antimateria i vårt grannskap.

    "Vår analys tyder på att samma pulsar kan vara ansvarig för ett decennium långt pussel om varför en typ av kosmisk partikel är ovanligt riklig nära jorden, sa Mattia Di Mauro, en astrofysiker vid Catholic University of America i Washington och NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Detta är positroner, antimateriaversionen av elektroner, kommer från någonstans bortom solsystemet."

    Ett dokument som beskriver resultaten publicerades i tidskriften Fysisk granskning D den 17 december och är tillgänglig online.

    En neutronstjärna är den krossade kärnan som lämnas kvar när en stjärna som är mycket mer massiv än solen får slut på bränsle, kollapsar under sin egen vikt och exploderar som en supernova. Vi ser några neutronstjärnor som pulsarer, snabbt snurrande föremål som avger ljusstrålar som, ungefär som en fyr, regelbundet sveper över vår siktlinje.

    Geminga (uttalas geh-MING-ga), upptäcktes 1972 av NASA:s Small Astronomy Satellite 2, är bland de ljusaste pulsarerna i gammastrålar. Den ligger cirka 800 ljusår bort i stjärnbilden Tvillingarna. Gemingas namn är både en lek med frasen "Tvillingarnas gammastrålningskälla" och uttrycket "det är inte där" - som syftar på astronomers oförmåga att hitta objektet vid andra energier - på Milanos dialekt, Italien.

    Geminga identifierades slutligen i mars 1991, När flimrande röntgenstrålar som plockats upp av Tysklands ROSAT-uppdrag avslöjade att källan var en pulsar som snurrade 4,2 gånger i sekunden.

    En pulsar omger sig naturligt med ett moln av elektroner och positroner. Detta beror på att neutronstjärnans intensiva magnetfält drar partiklarna från pulsarens yta och accelererar dem till nästan ljusets hastighet.

    Elektroner och positroner är bland de snabba partiklar som kallas kosmiska strålar, som har sitt ursprung bortom solsystemet. Eftersom kosmiska strålar har en elektrisk laddning, deras vägar blir förvrängda när de möter magnetiska fält på sin resa till jorden. Detta innebär att astronomer inte direkt kan spåra dem tillbaka till sina källor.

    Under det senaste decenniet, kosmiska strålmätningar av Fermi, NASA:s Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) ombord på den internationella rymdstationen, och andra rymdexperiment nära jorden har sett fler positroner vid höga energier än forskarna förväntade sig. Närliggande pulsarer som Geminga var huvudmisstänkta.

    Sedan, under 2017, forskare med High-Altitude Water Cherenkov Gamma-ray Observatory (HAWC) nära Puebla, Mexiko, bekräftade tidigare markbaserade upptäckter av en liten gammastrålning runt Geminga. De observerade denna struktur vid energier från 5 till 40 biljoner elektronvolt – ljus med biljoner gånger mer energi än vad våra ögon kan se.

    Forskare tror att detta utsläpp uppstår när accelererade elektroner och positroner kolliderar med närliggande stjärnljus. Kollisionen ökar ljuset till mycket högre energier. Baserat på storleken på halo, HAWC-teamet drog slutsatsen att Geminga-positroner vid dessa energier endast sällan når jorden. Om sant, det skulle innebära att det observerade positronöverskottet måste ha en mer exotisk förklaring.

    Men intresset för ett pulsarursprung fortsatte, och Geminga var front och center. Di Mauro ledde en analys av ett decennium av Geminga gammastrålningsdata som förvärvats av Fermis Large Area Telescope (LAT), som observerar ljus med lägre energi än HAWC.

    Partiklar som färdas nära ljusets hastighet kan interagera med stjärnljus och förstärka det till gammastrålningsenergier. Denna animation visar processen, känd som invers Compton-spridning. När ljus från mikrovågor till ultravioletta våglängder kolliderar med en partikel som rör sig snabbt, interaktionen ökar den till gammastrålar, den mest energiska formen av ljus. Kredit:NASA:s Goddard Space Flight Center

    "För att studera halo, vi var tvungna att subtrahera alla andra källor till gammastrålar, inklusive diffust ljus som produceras av kosmiska strålkollisioner med interstellära gasmoln, " sa medförfattaren Silvia Manconi, en postdoktor vid RWTH Aachen University i Tyskland. "Vi utforskade data med hjälp av 10 olika modeller av interstellär emission."

    Det som återstod när dessa källor togs bort var en stor, avlångt sken som spänner över cirka 20 grader på himlen med en energi på 10 miljarder elektronvolt (GeV). Det liknar storleken på det berömda stjärnmönstret i Big Dipper – och gloria är ännu större vid lägre energier.

    "Partiklar med lägre energi färdas mycket längre från pulsaren innan de stöter på stjärnljus, överföra en del av sin energi till det, och förstärka ljuset till gammastrålar. Det är därför gammastrålningen täcker ett större område vid lägre energier, " förklarade medförfattaren Fiorenza Donato vid det italienska nationella institutet för kärnfysik och universitetet i Turin. "Också, Gemingas gloria är långsträckt delvis på grund av pulsarens rörelse genom rymden."

    Teamet fastställde att Fermi LAT-data var kompatibla med de tidigare HAWC-observationerna. Geminga ensam kan vara ansvarig för så mycket som 20% av de högenergipositroner som ses av AMS-02-experimentet. Att extrapolera detta till den kumulativa emissionen från alla pulsarer i vår galax, forskarna säger att det är uppenbart att pulsarer fortfarande är den bästa förklaringen till positronöverskottet.

    "Vårt arbete visar vikten av att studera enskilda källor för att förutsäga hur de bidrar till kosmiska strålar, ", sa Di Mauro. "Detta är en aspekt av det spännande nya fältet som kallas multibudbärarastronomi, där vi studerar universum med hjälp av flera signaler, som kosmiska strålar, förutom ljus."


    © Vetenskap http://sv.scienceaq.com