אסטרונומים צפו בפולצר סמוך וסביבתו הילה מוזרה. פולסאר זה עשוי לענות על שאלה שהאסטרונומים תמוהים במשך זמן מה. הפולסר נקרא Geminga, והוא אחד הפולסים הקרובים ביותר לכדור הארץ, במרחק של 800 שנות אור בקונסטלציה מזל תאומים. לא רק שהוא קרוב לכדור הארץ, אלא שג'ינגה גם בהירה מאוד בקרני הגמא.
ההילה עצמה אינה נראית לעינינו, כמובן, מכיוון שהיא נמצאת באורכי הגל של הגמא. (טלסקופ החלל-קרני גמא קרן פרמה של נאס"א גילה אותו.) אבל הוא גדול, מכסה את השמים כמו 40 ירחים מלאים.
ההילה עשויה להיות אחראית להתרחשויות בשכונה שלנו: יש שפע של אנטי-חומר ליד כדור הארץ, ונוכחותו תמהה מדענים מזה עשור.
"מהניתוח שלנו עולה כי אותו פולסר יכול להיות אחראי לפאזל בן עשור, מדוע סוג אחד של חלקיק קוסמי נמצא בשפע באופן יוצא דופן ליד כדור הארץ," אמרה מתיה די מאורו, אסטרופיסיקאי באוניברסיטה הקתולית באמריקה בוושינגטון ובחלל גודארד של נאס"א. מרכז טיסה בגרינבלט, מרילנד. "אלה פוזיטרונים, הגרסה האנטי-חומרית של אלקטרונים, שמגיעים ממקום אחר מעבר למערכת השמש."
פולסר הוא השריד של כוכב מסיבי שהלך לסופרנובה. Geminga הוא תוצאה של פיצוץ סופרנובה לפני כ -300,000 שנה בקונסטלציה מזל תאומים. זה כוכב נויטרונים מסתובב שמכוון בדרך מסוימת לכדור הארץ, כך שהאנרגיה שלו מופנית אלינו כמו מגדלור סוחף.
פולסר מוקף באופן טבעי בענן של אלקטרונים ופוזיטרונים כאחד. הסיבה לכך היא שלכוכב נויטרונים יש שדה אלקטרומגנטי אינטנסיבי, החזק מכל אובייקט ידוע. השדה הסופר-חזק מושך את החלקיקים משטח הפולסאר, ומאיץ אותם למהירות האור כמעט.
החלקיקים הנעים במהירות, כולל אלקטרונים ומקביליהם נגד החומר, פוזיטרון, הם קרניים קוסמיות. מכיוון שקרניים קוסמיות נושאות מטען חשמלי, הן כפופות להשפעות של שדות מגנטיים. כך שעד שהקרניים הקוסמיות מגיעות לכדור הארץ, אסטרונומים אינם יכולים לאתר את מקורם.
במהלך העשור האחרון בערך, מצפים ומבחנים שונים גילו פוזיטרונים אנרגטיים גבוהים יותר בסביבתנו מהצפוי. טלסקופ החלל-קרני גמא-קרני פרמה של נאס"א, הספקטרומטר אלפא מגנטי של נאס"א, וניסויים אחרים גילו אותם. המדענים צפו כי הפולסארים הסמוכים, כולל ג'ינגה, הם המקור. אך בשל האופן בו פוזיטרונים אלו מושפעים משדות מגנטיים, לא ניתן היה להוכיח זאת.
עד 2017.
באותה שנה, מצפה הכוכבים קרני גמא קרני גמא (HAWC) מצפה כמה גילויים קרקעיים: הילה קטנה אך אינטנסיבית של קרני גאמא סביב ג'ינגה. ה- HAWC זיהה אנרגיות במבנה ההילה של 5 - 40 טה, או טרה-אלקטרונים וולט. זה אור עם טריליוני פעמים יותר אנרגיה ממה שהעיניים שלנו יכולות לראות.
בתחילה, מדענים חשבו שהילת האנרגיה הגבוהה נגרמת על ידי אלקטרונים מואצים ופוזיטרונים המתנגשים עם אור הכוכבים, מה שיגביר את האנרגיה שלהם ויגרום להם להיות בהירים במיוחד. כאשר חלקיק טעון מעביר חלק מהאנרגיה שלו לפוטון, זה נקרא פיזור אינברס-קומפטון.
אולם הצוות שהשתמש ב- HAWC בכדי להתבונן בג'ינגה ובהילה שלו הגיע למסקנה: אותם פוזיטרונים בעלי אנרגיה גבוהה יגיעו רק לעיתים רחוקות לכדור הארץ, בהתבסס על גודל ההילה. אז צריך היה להיות הסבר נוסף לשפע הפוזיטרונים בקרבת כדור הארץ.
מדענים שחקרו את נוכחותם של פוזיטרונים בקרבת כדור הארץ טרם העבירו פולסרים מהרשימה שלהם. וכפולסאר קרוב ומואר, ג'ינגה עדיין תפס את העניין שלהם.
מאטיה די מאורו הוביל צוות קטן של מדענים שבחן את נתוני הג'ינגה בערך עשור מהטלסקופ הגדול של פרמי (LAT.) LAT צופה באנרגיה נמוכה יותר מכפי שעושה HAWC. די מאורו הוא המחבר הראשי של מחקר חדש המציג ממצאים אלה. המחקר שכותרתו "איתור הילה במערך? סביב Geminga עם נתוני Fermi-LAT והשלכותיו על שטף הפוזיטרון." העיתון מתפרסם בכתב העת Physics Review.
אחת מחברותיה של העיתון היא סילביה מנצוני, חוקרת פוסט-דוקטורט באוניברסיטת RWTH אאכן בגרמניה. בהודעה לעיתונות, אמר מנקוני, "כדי לחקור את ההילה, היינו צריכים לחסר את כל המקורות האחרים לקרני הגמא, כולל אור מפוזר המיוצר על ידי התנגשויות קרניים קוסמיות עם ענני גז בין-כוכבים. חקרנו את הנתונים באמצעות 10 מודלים שונים של פליטה בין-עירונית. "
ברגע שהצוות חיסר את כל המקורות האחרים לקרני הגמא בשמיים, הנתונים חשפו מבנה ארוך וממושך; הילה סביב ג'ינגה. מבנה האנרגיה הגבוה כיסה 20 מעלות בשמיים ב 20 מיליארד וולט אלקטרונים, ואזור גדול עוד יותר באנרגיות נמוכות יותר.
מחקר מחבר משותף פיורנזה דונאטו הוא מהמכון הלאומי האיטלקי לפיזיקה גרעינית ומאוניברסיטת טורינו. בהודעה לעיתונות אמר דונטו, "חלקיקי אנרגיה נמוכה יותר נודדים הרבה יותר מפולסאר לפני שהם נתקלים באור כוכבים, מעבירים אליו חלק מהאנרגיה שלהם ומגבירים את האור לקרני גאמה. זו הסיבה שפליטת קרני הגמא מכסה שטח גדול יותר באנרגיות נמוכות יותר, "הסביר דונאטו. "כמו כן, ההילה של ג'ינגה מוארכת בחלקה בגלל תנועתו של הפולסר בחלל."
הצוות השווה את נתוני ה- LAT עם נתוני HAWC והגיע למסקנה שמערכי הנתונים תואמים. הם גם מצאו שג'ינגה בהירה וסמוכה יכולה להיות אחראית לכ- 20% מהפוזיטרונים האנרגטיים הגבוהים שניסוי AMS-02 צפה. הצוות אומר כי חילוץ מזה לכל פליטות הפולסאר המצטברות בנתיב החלב, ואומר כי פולסרים נותרים ההסבר הטוב ביותר לתעלומה המקורית: המקור לכל אותם פוזיטרונים בקרבת כדור הארץ.
"העבודה שלנו מדגימה את החשיבות של לימוד מקורות בודדים כדי לחזות כיצד הם תורמים לקרניים קוסמיות," אמר די מאורו. "זהו היבט אחד של התחום החדש והמרגש שנקרא אסטרונומיה רב-מסנגרית, בו אנו חוקרים את היקום באמצעות מספר אותות, כמו קרניים קוסמיות, בנוסף לאור."
יותר:
- הודעה לעיתונות: משימת פרמי של נאס"א מקשרת את קרן הגמא של פולסאר 'Halo' לפאזל אנטי-חומר בקרבת מקום
- עבודת מחקר: איתור הילה באמצעות מערך סביב Geminga עם נתוני Fermi-LAT והשלכותיו על שטף הפוזיטרון
- ויקיפדיה: פיזור קומפטון
