Celoplošná mapa najlepšie vyhovujúceho modelu „halo + disk“ emisie gama lúčov 511 keV. Obrazový kredit: INTEGRAL. Klikni na zväčšenie.
Pozitron, protizápalový náprotivok elektrónu, predpovedal Paul Dirac - v tom čase revolučná - rovnica kvantovej vlny pre elektrón. O niekoľko rokov neskôr, v roku 1932, Carl Anderson objavil pozitrón v kozmických lúčoch a Dirac získal Nobelovu cenu v roku 1933 a Anderson v roku 1936.
Keď pozitrón stretne elektrón, zničia ho a vytvoria dva gama lúče. Niekedy však pred zničením predchádza vznik pozitrónu, ktorý je ako atóm vodíka s protónom nahradeným pozitrónom (pozitrón má svoj vlastný symbol, Ps). Positronium sa vyskytuje v dvoch formách, je nestabilné a rozkladá sa na dve gama (do približne 0,1 nanosekundy) alebo na tri (do približne 100 nanosekúnd).
Astronómovia od 70. rokov vedeli, že vo vesmíre musí byť veľa pozitrónov. Prečo? Pretože keď pozitrón a elektrón zničia dve gama, obidve majú rovnakú vlnovú dĺžku asi 0,024 Á alebo 0,0024 nm (astronómovia, ako fyzici častíc, nehovoria o vlnových dĺžkach lúčov gama, hovoria o svojej energii; keV v tomto prípade). Takže, ak sa pozriete na oblohu pomocou gama videnia - samozrejme zhora nad atmosférou! - viete, že bolo veľa pozitrónov, pretože môžete vidieť veľa génov jednej „farby“, 511 keV (je to podobné ako dospieť k záveru, že vo vesmíre je veľa vodíka, keď si všimnete veľa červenej (1,9 eV) alfa alfa v nočná obloha).
Zo spektra rozpadu pozitrónu s tromi gama v porovnaní s intenzitou línie 511 keV astronómovia pred štyrmi rokmi zistili, že asi 93% pozitrónov, ktorých zničenie vidíme, tvoria pozitrónium skôr, ako sa rozpadnú.
Koľko pozitrónia? V oblasti Mliečnej dráhy sa každú sekundu ničí približne 15 miliárd (tisíc miliónov) ton pozitrónov. To je toľko hmoty ako elektróny v desiatkach biliónov ton vecí, na ktoré sme zvyknutí, ako sú kamene alebo voda; asi rovnako ako v asteroide strednej veľkosti s priemerom 40 km.
Analýzou verejne publikovaných údajov INTEGRAL (v hodnote približne jedného roka) zistil Jgengen Knüdseder a jeho kolegovia, že:
- pozitróny, ktoré sú zničené na disku Mliečna dráha, s najväčšou pravdepodobnosťou pochádzajú z rozpadu beta + (tj pozitrónu) izotopov Hliník-26 a Titán-44, ktoré samotné boli vyrobené v nedávnej supernove (pamätajte, astronómovia volajú ešte pred 10 miliónmi rokov) , nedávne ')
- avšak v prípade Mliečnej dráhy je zničených viac pozitrónov ako na disku, a to päťkrát
- zdá sa, že neexistujú žiadne „bodové“ zdroje.
Podľa vedca INTEGRAL, bodový zdroj nemá úplne rovnaký význam ako pre amatérskeho astronóma! Videnie gama lúčom v pozitrónovej línii je neuveriteľne rozmazané. Objekt, ktorý je vzdialený šesť mesiacov (3?), Bude vyzerať ako „bod“! Kn? Dlseder a jeho tím astrofyziky však napriek tomu dokážu povedať, že „žiadny zo zdrojov, ktoré sme hľadali, nevykazoval významný tok 511 keV“; medzi týchto 40 „obvyklých podozrivých“ patria pulzary, kvasary, čierne diery, zvyšky supernov, oblasti tvoriace hviezdy, bohaté zhluky galaxií, satelitné galaxie a lupienky. Stále však hľadajú: „Skutočne sme [naplánovali] venovali INTEGRÁLNE pozorovania obvyklých podozrivých, ako sú supernovy typu Ia (SN1006, Tycho) a LMXB (Cen X-4), ktoré by mohli pomôcť vyriešiť tento problém. . "
Takže odkiaľ pochádza 15 miliárd ton pozitrónov, ktoré sú zničené každú sekundu v hrčke? "Pre mňa je najdôležitejšou vecou pozídrového ničenia to, že hlavným zdrojom je stále záhada," hovorí Kn? Dlseder. „Môžeme vysvetliť slabé emisie z disku pomocou rozkladu Aluminium-26, ale väčšina pozitrónov sa nachádza v vypuklej oblasti Galaxie a nemáme žiadny zdroj, ktorý by mohol ľahko vysvetliť všetky pozorovacie charakteristiky. Najmä, ak porovnáte oblohu s 511 keV s oblohou pozorovanou na iných vlnových dĺžkach, uvedomíte si, že obloha s 511 keV je jedinečná! Neexistuje žiadna iná obloha, ktorá by sa podobala tomu, čo pozorujeme. “
Tím INTEGRAL má pocit, že môže vylúčiť masívne interakcie hviezd, kolapsov, pulzarov alebo kozmického žiarenia, pretože ak by boli zdrojom vydutých pozitrónov, potom by bol disk oveľa jasnejší pri 511 keV svetle.
Vypuklé pozitróny môžu pochádzať z nízkohmotných röntgenových binárnych súborov, klasických novae alebo supernov typu 1a pomocou rôznych procesov. Výzvou v každom prípade je porozumieť tomu, ako by tieto pozitívne pozitívy, ktoré sa nimi vytvoria, mohli potom prežiť dostatočne dlho a rozptýliť sa dostatočne ďaleko od svojich rodísk.
A čo kozmické struny? Zatiaľ čo nedávny dokument Tanmay Vachaspati, ktorý ich navrhuje ako možný zdroj vydutých pozitrónov, vyšiel príliš nedávno pre Kn? Dlseder et al. zvážiť pre svoj článok: „Pre mňa však nie je zrejmé, že máme dostatok pozorovacích obmedzení, aby sme mohli povedať, že kozmické reťazce robia 511 keV; Nevieme ani, či existujú kozmické struny. Človek by potreboval jedinečnú charakteristiku kozmických reťazcov, ktoré vylučujú všetky ostatné zdroje, a dnes si myslím, že sme od toho ďaleko. “
Najpozoruhodnejšie je, že pozitróny môžu pochádzať z ničenia nízkohmotnej častice tmavej hmoty a jej antičastice, alebo ako Kn? Dlseder et al. dajte to “zničenie ľahkej tmavej hmoty (1-100 MeV), ako nedávno navrhli Boehm et al. (2004), je pravdepodobne najexotickejší, ale tiež najúžasnejší kandidátsky zdroj galaktických pozitrónov. “ Temná hmota je ešte exotickejšia ako pozitrónium; temná hmota nie je antihmota a nikto ju nedokázal zachytiť, natož študovať v laboratóriu. Astronómovia uznávajú, že je všadeprítomná a sledovanie jej podstaty je jednou z najhorúcejších tém astrofyziky a fyziky častíc. Ak miliardy t za sekundu pozitrónov, ktoré sú zničené v hrudke Mliečnej dráhy, nemohli pochádzať z klasických novae alebo termonukleárnych supernov, možno je na vine dobrá stará temná hmota.
