Астрономы наблюдали за соседним пульсаром со странным ореолом вокруг него. Этот пульсар может ответить на вопрос, который озадачил астрономов в течение некоторого времени. Пульсар называется Джеминга, и он является одним из ближайших к Земле пульсаров, на расстоянии около 800 световых лет в созвездии Близнецов. Мало того, что это близко к Земле, но Геминга также очень яркий в гамма-лучах.
Сам ореол невидим для наших глаз, очевидно, поскольку он находится в гамма-диапазоне. (Космический телескоп НАСА им. Ферми с гамма-лучами обнаружил это.) Но он большой, покрывает большую часть неба, как 40 полных лун.
Ореол может быть ответственен за некоторые события в нашем собственном соседстве: у Земли много антиматерии, и ее присутствие озадачивало ученых на протяжении десятилетия.
«Наш анализ показывает, что этот самый пульсар может быть ответственен за десятилетнюю загадку о том, почему один тип космических частиц необычно распространен вблизи Земли», - сказала Маттиа Ди Мауро, астрофизик из Католического университета Америки в Вашингтоне и пространства Годдарда НАСА. Центр полетов в Гринбелте, штат Мэриленд. «Это позитроны, антивещественная версия электронов, выходящих из-за пределов Солнечной системы».
Пульсар - это остаток массивной звезды, которая ушла от сверхновой. Геминга является результатом взрыва сверхновой около 300 000 лет назад в созвездии Близнецов. Это вращающаяся нейтронная звезда, которая определенным образом ориентирована на Землю, поэтому ее энергия направлена на нас, как широкий маяк.
Пульсар естественным образом окружен облаком как электронов, так и позитронов. Это потому, что нейтронная звезда обладает сильным электромагнитным полем, самым сильным из всех известных объектов. Сверхсильное поле вытягивает частицы с поверхности пульсара и ускоряет их почти до скорости света.
Эти быстро движущиеся частицы, в том числе электроны и их антивещественные аналоги, позитроны, являются космическими лучами. Поскольку космические лучи несут электрический заряд, они подвержены воздействию магнитных полей. Таким образом, к тому времени, когда космические лучи достигают Земли, астрономы не могут точно определить их источник.
В течение последнего десятилетия различные обсерватории и эксперименты обнаружили в нашей окрестности больше высокоэнергетических позитронов, чем ожидалось. Космический телескоп НАСА «Ферми», альфа-магнитный спектрометр НАСА и другие эксперименты обнаружили их. Ученые ожидали, что источником являются близлежащие пульсары, в том числе Геминга. Но из-за того, как на эти позитроны воздействуют магнитные поля, это невозможно доказать.
До 2017 года
В том же году Высотная водная Черенковская гамма-обсерватория (HAWC) подтвердила то, что обнаружили некоторые наземные обнаружения: небольшой, но интенсивный гамма-гало вокруг Геминга. HAWC обнаружил энергии в структуре гало от 5 до 40 ТэВ, или тера-электрон-вольт. Это свет, в триллионах раз больше энергии, чем могут видеть наши глаза.
Первоначально, ученые думали, что гало высокой энергии вызвано ускоренными электронами и позитронами, сталкивающимися со звездным светом, который увеличит их энергию и сделает их сверхяркими. Когда заряженная частица передает часть своей энергии фотону, это называется обратным комптоновским рассеянием.
Но команда, использующая HAWC для наблюдения за Гемингой и ее гало, пришла к выводу: эти высокоэнергетические позитроны редко достигают Земли, исходя из размеров гало. Таким образом, должно было быть другое объяснение обилия позитронов вблизи Земли.
Ученые, изучающие присутствие позитронов вблизи Земли, еще не вычеркнули из своего списка пульсары. И как близкий и яркий пульсар, Геминга все же заинтересовал их.
Маттиа Ди Мауро возглавлял небольшую группу ученых, изучавших десятилетние данные Джеминга на Большом телескопе Fermi (LAT). LAT наблюдает свет с меньшей энергией, чем HAWC. Ди Мауро является ведущим автором нового исследования, представляющего эти результаты. Исследование называется «Обнаружение ореола? Вокруг Геминги с помощью данных Fermi-LAT и последствий для потока позитронов». Статья опубликована в обзоре физики.
Одним из соавторов статьи является Сильвия Манкони, научный сотрудник исследовательского университета RWTH Aachen в Германии. В пресс-релизе Манкони сказал: «Чтобы изучить гало, нам пришлось вычесть все другие источники гамма-лучей, включая рассеянный свет, возникающий при столкновении космических лучей с межзвездными газовыми облаками. Мы изучили данные, используя 10 различных моделей межзвездного излучения ».
Как только команда вычла все другие источники гамма-излучения в небе, данные выявили обширную продолговатую структуру; Ореол вокруг Геминга. Высокоэнергетическая структура покрыла 20 градусов в небе при 20 миллиардах электрон-вольт, и еще большую область при более низких энергиях.
Соавтор исследования Fiorenza Donato из Итальянского национального института ядерной физики и Университета Турина. В пресс-релизе Донато сказал: «Частицы с более низкой энергией уходят гораздо дальше от пульсара, прежде чем попадают в звездный свет, передают ему часть своей энергии и повышают свет до гамма-лучей. Вот почему гамма-излучение охватывает большую площадь при более низких энергиях », - объяснил Донато. «Кроме того, гало Геминга удлинено отчасти из-за движения пульсара в пространстве».
Команда сравнила данные LAT с данными HAWC и пришла к выводу, что наборы данных совпадают. Они также обнаружили, что яркие близлежащие Геминга могут быть ответственны за 20% высокоэнергетических позитронов, которые наблюдал эксперимент AMS-02. Исследователи говорят, что экстраполируя это на все кумулятивные выбросы пульсаров в Млечном Пути, лучшее объяснение первоначальной тайны остается источником всех этих позитронов вблизи Земли.
«Наша работа демонстрирует важность изучения отдельных источников, чтобы предсказать, как они вносят вклад в космические лучи», - сказал Ди Мауро. «Это один из аспектов новой захватывающей области, называемой астрономией с несколькими посланниками, где мы изучаем вселенную, используя множество сигналов, таких как космические лучи, в дополнение к свету».
Больше:
- Пресс-релиз: Миссия НАСА «Ферми» связывает находящийся рядом пульсарский «Гало-луч» с загадкой «Антивещество»
- Исследовательская работа: Обнаружение ореола? Geminga вокруг данных Fermi-LAT и последствия для потока позитронов
- Википедия: комптоновское рассеяние
