Karta neba sa najboljim modelom 'halo + disk' od 511 keV emisije gama zraka. Kreditna slika: INTEGRAL. Klikni za veću sliku
Pozitrona, anti-materija koja je bila anti-materija, predviđala je Paul Dirac-ova - u to vrijeme revolucionarna - jednadžba kvantnih valova za elektron. Nekoliko godina kasnije, 1932., Carl Anderson je otkrio pozitroni u kozmičkim zrakama, a Dirac je dobio Nobelovu nagradu 1933, a Anderson 1936.
Kad se pozitron susretne s elektronom, oni se uništavaju, proizvodeći dvije gama zrake. Ponekad, međutim, uništavanju prethodi stvaranje pozitronija, koji je poput vodikovog atoma, a protoni su zamijenjeni pozitronom (positronijum ima svoj simbol, Ps). Positronijum dolazi u dva oblika, nestabilan je i propada u dvije gama (unutar oko 0,1 nanosekunde) ili tri (unutar oko 100 nanosekundi).
Astronomi od 1970-ih znaju da u svemiru mora biti puno pozitrona. Zašto? Jer kada pozitroni i elektroni uništavaju da daju dvije gama, obje imaju istu valnu duljinu, oko 0,024 A ili 0,0024 nm (astronomi, poput fizičara čestica, ne govore o valnim duljinama gama zraka, oni govore o svojoj energiji; 511 keV u ovom slučaju). Dakle, ako gledate u nebo gama-zračenjem - odozgo atmosferom! - znate da je bilo puno pozitrona, jer možete vidjeti puno gama jedne 'boje', 511 keV (slično je zaključenju da u svemiru ima puno vodika primjećujući puno crvene (1,9 eV) H alfa u noćno nebo).
Iz spektra raspada tri gama pozitronija, u usporedbi s intenzitetom 511 keV, astronomi su prije četiri godine utvrdili da oko 93% pozitrona čije uništavanje vidimo tvori pozitronijum prije nego što propadnu.
Koliko positroniuma? U izduvavanju Mliječnog puta svake se sekunde uništava oko 15 milijardi (tisuća milijuna) tona pozitrona. To je tolika masa elektrona u desetinama bilijuna tona stvari na koje smo navikli, poput stijena ili vode; otprilike toliko kao u srednjem asteroidu, širok 40 km.
Analizirajući javno objavljene podatke INTEGRAL-a (vrijedan oko godinu dana), J? Rgen Kn? Dlseder i njegovi kolege otkrili su da:
- pozitroni koji se uništavaju na disku Mliječnog Puta najvjerojatnije potječu od raspada beta + (tj. poztrona) izotopa Aluminij-26 i Titanium-44, koji su i sami proizvedeni u nedavnim supernovama (zapamtite, astronomi nazivaju još prije 10 milijuna godina „nedavno”)
- međutim, ima više positrona koji su uništeni u ispupčenom mliječnom putu nego u disku, faktorom pet
- čini se da nema nikakvih "točkastih" izvora.
Naravno, za znanstvenika INTEGRAL izvor "točke" nema sasvim isto značenje kao astronom amater! Gama-zračenje u pozitronijumskoj liniji nevjerojatno je zamagljeno, objekt koji bi bio smješten u šest mjeseci (3?) Izgledao bi kao "točka"! Unatoč tome, Kndlseder i njegov tim astrofizičkih pratilaca mogu reći da "nijedan od izvora koje smo tražili nije pokazao značajan protok 511 keV"; ovih 40 'uobičajenih osumnjičenih' uključuju pulsare, kvazare, crne rupe, ostatke supernova, regije koje stvaraju zvijezde, bogate galaksije klastera, satelitske galaksije i blazare. Ali oni i dalje gledaju: "Zaista smo [planirali] posvećena INTEGRALNA promatranja uobičajenih osumnjičenih, poput supernovae tipa Ia (SN1006, Tycho) i LMXB (Cen X-4) koja bi mogla pomoći u rješavanju ovog problema. „.
Dakle, odakle dolaze 15 milijardi tona pozitrona koji se svake sekunde u ispupčenosti uništavaju? "Za mene je najvažnije od uništenja pozitrona to što je glavni izvor još uvijek misterija", kaže Kn? Dlseder. „Slabu emisiju s diska možemo objasniti raspadom aluminija-26, ali većina pozitrona nalazi se u ispupčenom području Galaksije, a nemamo izvor koji bi mogao lako objasniti sve karakteristike promatranja. Ako usporedite nebo od 511 keV s nebom promatrano na drugim valnim duljinama, prepoznajete da je nebo od 511 keV jedinstveno! Ne postoji drugo nebo koje nalikuje onome što promatramo. "
INTEGRAL tim smatra da mogu isključiti masivne zvijezde, kolaps, pulsar ili kozmičke zračne interakcije, jer ako bi oni bili izvor ispupčenja ispupčenja, disk bi bio mnogo svjetliji u svjetlu 511 keV.
Pozitroni ispupčenja mogu poticati iz rendgenskih binarnih zapisa male mase, klasičnih novih ili supernova tipa 1a, kroz različite postupke. Izazov je u svakom slučaju razumjeti kako dovoljno pozitrona koje su stvorili mogu preživjeti dovoljno dugo nakon toga i rasuti se dovoljno daleko od njihovih mjesta rođenja.
Što je s kozmičkim strunama? Dok su nedavno objavljeni radovi Tanmay Vachaspati koji ih predlažu kao mogući izvor ispupčenih ispupčenja prerano napisali za Kndlseder i sur. uzeti u obzir za njihov rad, "Ipak, za mene nije očito da imamo dovoljno promatračkih ograničenja da bismo ustvrdili da kozmički nizovi čine 511 keV; uopće ne znamo postoje li kozmički nizovi Trebalo bi jedinstveno obilježje kozmičkih struna koje isključuju sve ostale izvore, a danas mislim da smo daleko od ovoga. "
Možda najuzbudljivije, pozitroni mogu poticati iz uništavanja čestice tamne materije male mase i njezine antičestice, ili kao Kndlseder i sur. stavio je uništenje svjetlosti tamne materije (1-100 MeV), kako su nedavno sugerirali Boehm i sur. (2004.), vjerojatno je najegzotičniji, ali i najuzbudljiviji kandidat za izvor galaktičkih pozitrona. " Tamna materija je još egzotičnija od positroniuma; tamna materija nije anti-materija i nitko je nije uspio uhvatiti, a kamoli proučiti u laboratoriju. Astronomi prihvaćaju da je sveprisutna i praćenje njegove prirode jedna je od najtoplijih tema i u astrofizici i u fizici čestica. Ako za milijarde tona poitrona koji su uništeni u izljevu Mliječnog puta ne mogu potjecati od klasičnih novih ili termonuklearnih supernova, možda je kriva dobra tamna tvar.
