Astronomi su promatrali obližnji pulsar s neobičnim oreolom oko njega. Taj bi pulsar mogao odgovoriti na pitanje koje već neko vrijeme zbuni astronoma. Pulsar je nazvan Geminga, a to je jedan od najbližih pulsara Zemlji, udaljen oko 800 svjetlosnih godina u sazviježđu Blizanci. Ne samo da je blizu Zemlje, već je i Geminga vrlo sjajna u gama zrakama.
Sam halo je očima nevidljiv jer je u gama valnim duljinama. (NASA-in svemirski teleskop Gammi-ray otkrio je to.) Ali, velik je, prekriva onoliko neba kao 40 punih Mjeseca.
Halo je možda odgovoran za nešto što se događa u našem susjedstvu: u blizini Zemlje ima obilje anti-materije, a njezina prisutnost zbunjuje znanstvenike već desetljećima.
"Naša analiza sugerira da bi taj isti pulsar mogao biti odgovoran za desetljeću dugačku zagonetku o tome zašto je jedna vrsta kozmičkih čestica neobično obilna u blizini Zemlje", rekao je Mattia Di Mauro, astrofizičar s Katoličkog sveučilišta u Americi u Washingtonu i NASA-inog Goddard Space Letni centar u Greenbeltu, Maryland. "To su pozitroni, antimaterijska verzija elektrona, koji dolaze negdje izvan Sunčevog sustava."
Pulsar je ostatak ogromne zvijezde koja je nestala u supernovi. Geminga je rezultat eksplozije supernove prije oko 300 000 godina u zviježđu Blizanci. To je rotirajuća neutronska zvijezda koja je na određeni način usmjerena prema Zemlji, tako da je njena energija usmjerena prema nama poput svjetionika.
Pulsar je prirodno okružen oblakom i elektrona i pozitrona. To je zato što neutronska zvijezda ima intenzivno elektromagnetsko polje, najjače od svih poznatih objekata. Super-snažno polje izvlači čestice s pulsar-ove površine i ubrzava ih do skoro brzine svjetlosti.
Ove čestice koje se brzo kreću, uključujući elektrone i njihove anti-materije, pozitrone, su kozmičke zrake. Budući da kozmičke zrake nose električni naboj, podložne su utjecajima magnetskih polja. Dakle, u vrijeme kada kozmičke zrake dođu do Zemlje, astronomi ne mogu precizno utvrditi svoj izvor.
Tijekom proteklog desetljeća ili na drugi način, različite opservatorije i eksperimenti otkrili su više visoko energetskih pozitrona u našoj blizini nego što se očekivalo. NASA-in Fermi gama-svemirski teleskop, NASA-in Alfa magnetski spektrometar i drugi eksperimenti otkrili su ih. Znanstvenici su očekivali da su izvori u blizini, uključujući Geminga. Ali zbog načina na koji su na te položaje utjecali magnetska polja, to se ne može dokazati.
Do 2017. godine.
Te godine Visoko nadmorska visina grenko-opservatorija Cherenkov (HAWC) potvrdila je ono što su pronašle neke zemaljske detekcije: mali, ali intenzivni halo gama-zrake oko Geminga. HAWC je otkrio energije u halo strukturi od 5 do 40 TeV, ili Tera-elektronskih volti. To je svjetlost sa bilionima puta više energije nego što naše oči mogu vidjeti.
U početku su znanstvenici smatrali da halo visoke energije uzrokuju ubrzani elektroni i pozitroni koji se sudaraju sa zvjezdanom svjetlošću, što bi pojačalo njihovu energiju i učinilo ih super svjetlima. Kad nabijena čestica dio svoje energije prenese u foton, to se naziva rasipanje inverznog-Comptona.
No tim koji je koristio HAWC za promatranje Geminga i njegovog haloa zaključio je: ovi visokoenergetski pozitroni rijetko će stići do Zemlje, na temelju veličine haloge. Stoga je moralo postojati još jedno objašnjenje za obilje pozitrona u blizini Zemlje.
Znanstvenici koji proučavaju prisustvo pozitrona u blizini Zemlje još nisu prešli puls sa svoje liste. I kao bliski i svijetli pulsar, Geminga je još uvijek privukao njihovo zanimanje.
Mattia Di Mauro vodio je mali tim znanstvenika koji su proučavali Gemingine podatke vrijedne desetljeća iz Fermijevog teleskopa velike površine (LAT.) LAT opaža svjetlost niže energije nego HAWC. Di Mauro je vodeći autor nove studije koja predstavlja ta otkrića. Studija je naslovljena "Otkrivanje a-orela oko Geminga s podacima Fermi-LAT i posljedicama za pozitronski tok." Rad je objavljen u časopisu Physics Review.
Jedan od koautora ovog rada je Silvia Manconi, postdoktorska istraživačica na Sveučilištu RWTH Aachen u Njemačkoj. U priopćenju za tisak, Manconi je rekao, „Da bismo proučavali halo, morali smo oduzeti sve ostale izvore gama zraka, uključujući difuznu svjetlost stvorenu sudaranjem kozmičkih zraka s međuzvjezdanim plinskim oblacima. Istraživali smo podatke koristeći 10 različitih modela međuzvjezdanih emisija. "
Nakon što je tim oduzeo sve ostale izvore gama zraka na nebu, podaci su otkrili veliku duguljastu strukturu; halo oko Geminga. Visokoenergetska struktura pokrivala je na nebu 20 stupnjeva pri 20 milijardi elektrona volta, a još veće područje pri nižim energijama.
Koautor studije Fiorenza Donato s talijanskog Nacionalnog instituta za nuklearnu fiziku i Sveučilišta u Torinu. U priopćenju za medije, Donato je rekao, „Čestice niže energije putuju mnogo dalje od pulsara prije nego što upadnu u svjetlost zvijezde, prenose dio energije na njega i pojačavaju svjetlost gama zrakama. Zbog toga emisija gama zraka pokriva veće područje s nižim energijama ", objasnio je Donato. "Također, Gemingin halo je dijelom izdužen zbog kretanja pulsara kroz svemir."
Tim je usporedio podatke LAT-a s podacima HAWC-a i zaključio da se skupovi podataka podudaraju. Otkrili su i da bi svijetli, obližnji Geminga mogao biti odgovoran za čak 20% visokoenergetskih pozitrona koje je primijetio eksperiment AMS-02. Ekstrapolirajući od toga sve kumulativne emisije pulsara u Mliječnom putu, tim kaže da pulsari ostaju najbolje objašnjenje izvorne misterije: izvor svih onih pozitrona u blizini Zemlje.
"Naš rad pokazuje važnost proučavanja pojedinih izvora kako bismo predvidjeli kako doprinose kozmičkim zrakama", rekao je Di Mauro. "Ovo je jedan aspekt uzbudljivog novog polja zvanog multimedijska astronomija, gdje proučavamo svemir koristeći više signala, poput kozmičkih zraka, osim svjetlosti."
Više:
- Priopćenje: NASA-ova Fermijeva misija povezuje obližnju Pulsarovu gama-zraku 'Halo' do antimaterije
- Istraživački rad: Otkrivanje aurelora oko Geminga s podacima Fermi-LAT i implikacijama za pozitronski tok
- Wikipedia: Compton Scattering
