מפה של כל השמיים של הדגם 'הילה + דיסק' המתאים ביותר לפליטת קו קרני גאמא של 511 keV. אשראי תמונה: INTEGRAL. לחץ להגדלה.
הפוזיטרון, המקבילה נגד החומר לאלקטרון, ניבא על ידי משוואת הגל הקוונטי - באותה העת המהפכנית - של האלקטרון. כמה שנים אחר כך, בשנת 1932, גילה קרל אנדרסון את הפוזיטרון בקרניים קוסמיות, ודראק קיבל את פרס נובל בשנת 1933 ואת אנדרסון ב -1936.
כאשר פוזיטרון פוגש אלקטרון, הם משמידים ומייצרים שני קרני גאמה. אולם לעיתים, ההשמדה קודמת להיווצרות פוזיטרוניום, שהוא כמו אטום מימן, כאשר הפרוטון מוחלף על ידי פוזיטרון (לפוזיטרוניום יש סמל משלו, Ps). הפוזיטרוניום מגיע בשתי צורות, אינו יציב ומתרסק לשתי גמאות (בתוך כ- 0.1 ננו-שניות) או לשלוש (בתוך כ- 100 ננו-שניות).
אסטרונומים ידעו מאז שנות השבעים שחייבים להיות הרבה פוזיטרונים ביקום. למה? מכיוון שכאשר פוזיטרון ואלקטרונים מחסלים שתי גמאות, לשניהם אורך גל זהה, בערך 0.024 Å, או 0.0024 ננומטר (אסטרונומים, כמו פיסיקאים של חלקיקים, לא מדברים על אורכי הגל של קרני הגמא, הם מדברים על האנרגיה שלהם; 511 keV במקרה זה). אז אם מסתכלים על השמיים בראיית קרני גאמא - מלמעלה האטמוספירה כמובן! - אתה יודע שהיו המון פוזיטרונים כי אתה יכול לראות המון גמאות בצבע 'יחיד', 511 קילו-וואט (זה דומה לסיכום שיש המון מימן ביקום בכך שאתה שם לב להרבה אדום (1.9 eV) H אלפא ב שמי הלילה).
מהספקטרום של התפרקות של שלושה גמא של פוזיטרוניום, בהשוואה לעוצמת קו 511 keV, אסטרונומים לפני ארבע שנים גילו שכ- 93% מהפוזיטרונים שאת השמדתם אנו רואים יוצרים פוזיטרוניום לפני שהם מתפרקים.
כמה פוזיטרוניום? בבליטה של שביל החלב, כ -15 מיליארד (אלפי מיליון) טונות פוזיטרונים מושמידים בכל שנייה. זה מסה כמו האלקטרונים בעשרות טריליון טונות של דברים שהיינו רגילים אליהם, כמו סלעים או מים; בערך כמו באסטרואיד בגודל בינוני, לרוחב 40 ק"מ.
על ידי ניתוח הנתונים INTEGRAL שפורסמו באופן פומבי (שווה כשנה), ג 'רגן קנדלסדר ועמיתיו גילו כי:
- הפוזיטרונים המוחלקים בדיסק שביל החלב, ככל הנראה מגיעים מהתפרקות בטא + (כלומר פוזיטרון) של האיזוטופים אלומיניום -26 וטיטניום -44, שבעצמם יוצרו בסופרנובות האחרונות (זכרו, אסטרונומים קוראים אפילו לפני 10 מיליון שנה 'לאחרונה')
- עם זאת, ישנם יותר פוזיטרונים שמתחדלים בבליטה של שביל החלב מאשר בדיסק, על ידי גורם של חמישה
- לא נראה שיש מקורות 'נקודתיים'.
כמובן שלמדען INTEGRAL, למקור 'נקודה' אין את אותה משמעות בדיוק כמו לאסטרונום חובב! ראיית קרני גאמא בקו הפוזיטרוניום מטושטשת להפליא, אובייקט שש שישה ירחים לרוחב (3?) היה נראה כמו 'נקודה'! עם זאת, קן דלסדר וצוות הרופאים האסטרופיזיקיים שלו מסוגלים לומר כי "אף אחד מהמקורות שחיפשנו לא הראה שטף משמעותי של 511 ק"ו"; 40 'החשודים הרגילים' הללו כוללים פולסרים, קוואזרים, חורים שחורים, שרידי סופרנובות, אזורים יוצרי כוכבים, אשכולות גלקסיות עשירות, גלקסיות לוויין ובלייזרים. אבל, הם עדיין מסתכלים, "אכן [תכננו] תצפיות INTEGRAL על החשודים הרגילים, כגון סופרנובות מסוג Ia (SN1006, Tycho) ו- LMXB (Cen X-4) שעשויים לעזור בפתרון בעיה זו . "
אז מאיפה מגיעים 15 מיליארד טונות הפוזיטרונים שמושמידים בכל שנייה בבליטה? "מבחינתי הדבר החשוב ביותר בהשמדת הפוזיטרון הוא שהמקור העיקרי הוא עדיין תעלומה", אומר קנ דלסדר. "אנו יכולים להסביר את הפליטה הקלושה מהדיסק על ידי ריקבון אלומיניום -26, אך עיקר הפוזיטרון נמצא באזור הבליטה של הגלקסיה, ואין לנו מקור שיכול להסביר בקלות את כל המאפיינים התצפיתיים. בפרט, אם אתה משווה את שמי 511 keV לשמים שנצפו באורכי גל אחרים אתה מזהה ששמי 511 keV הם ייחודיים! אין שמים אחרים שדומים למה שאנחנו רואים. "
צוות INTEGRAL מרגיש שהם יכולים לשלול כוכבים מאסיביים, מתמוטטים, פולסארים או אינטראקציות בין קרניים קוסמיות, שכן אם אלה היו המקור לפוזיטרונים הבולטים, הדיסק היה בהיר בהרבה בתאורת 511 keV.
פוזיטורי הבליטה עשויים להגיע מבינאריים של צילומי רנטגן בעלי מסה נמוכה, מחלות קלאסיות או סופרנובות מסוג 1a, באמצעות מגוון תהליכים. האתגר בכל מקרה הוא להבין כיצד מספיק פוזיטרונים שנוצרו על ידי אלה יכולים לשרוד מספיק זמן לאחר מכן ולהתפזר מספיק רחוק ממקומות הלידה שלהם.
מה לגבי מיתרים קוסמיים? בעוד העיתון האחרון של Tanmay Vachaspati שהציע את אלה כמקור אפשרי לתנוחות הבליטה יצא לאחרונה מדי עבור Kn? Dlseder et al. לשקול בעיתון שלהם, "עם זאת, מבחינתי לא ברור שיש לנו מספיק אילוצים תצפיתיים כדי לקבוע שמיתרים קוסמיים הופכים את ה- 511 keV; אנחנו אפילו לא יודעים אם קיימים מיתרים קוסמיים. יהיה צורך במאפיין ייחודי של מיתרים קוסמיים המוציאים את כל המקורות האחרים, והיום אני חושב שאנחנו רחוקים מזה. "
אולי הכי מלהיב, הפוזיטרונים עשויים להגיע מהשמדת חלקיק החומר האפל בעל המסה הנמוכה ואנטי החלקיק שלו, או כמו Kn? Dlseder et al. הניח אותו "השמדת חומר אפל בהיר (1-100 MeV), כפי שהציע לאחרונה בוהם ואח '. (2004), הוא כנראה המקור המועמד ביותר לאקזוטי אך גם המלהיב ביותר של פוזיטרונים גלקטיים. " חומר אפל הוא אפילו יותר אקזוטי מפוזיטרוניום; חומר אפל אינו אנטי-חומר ואף אחד לא הצליח לתפוס אותו, קל וחומר ללמוד אותו במעבדה. אסטרונומים מקבלים את הימצאותה בכל מקום ומעקב אחר אופיו הוא אחד הנושאים החמים ביותר באסטרופיסיקה ופיזיקת החלקיקים כאחד. אם מיליארדי הטונות בשנייה של פוזיטרונים שהושמדו בבליטה של שביל החלב לא יכלו להגיע ממחזות רומניים או סופרנובות תרמו-גרעניות, אז אולי אשם חומר אפל וותיק ויפה.
