Карта на цялото небе на най-подходящия модел „хало + диск“ на 511 кЕВ гама-лъчеви лъчи. Кредит за изображение: INTEGRAL. Щракнете за уголемяване
Позитронът, анти-материята, аналог на електрона, беше предсказан от по онова време революционно - квантово вълново уравнение на Пол Дирак за електрон. Няколко години по-късно, през 1932 г., Карл Андерсън открива позитрон в космически лъчи, а Дирак получава Нобеловата награда през 1933 г. и Андерсън през 1936 г.
Когато позитрон се срещне с електрон, те унищожават, произвеждайки два гама лъча. Понякога обаче унищожението се предхожда от образуването на позитроний, който е като водороден атом с протона, заменен с позитрон (позитрониумът има свой символ, Ps). Позитрониумът се предлага в две форми, е нестабилен и се разпада на две гами (в рамките на около 0,1 наносекунди) или три (в рамките на около 100 наносекунди).
Астрономите знаят от 70-те години, че във Вселената трябва да има много позитрони. Защо? Защото когато позитрон и електрон унищожат, за да дадат две гами, и двете имат една и съща дължина на вълната, около 0,024 Å или 0,0024 nm (астрономите, като физиците на частици, не говорят за дължините на вълните на гама-лъчите, те говорят за своята енергия; 511 keV в този случай). Така че, ако погледнете към небето с гама-зрение - отгоре атмосферата разбира се! - знаете, че имаше много позитрони, защото можете да видите много гами с един „цвят“, 511 кЕВ (това е подобно на заключението, че във Вселената има много водород, като забележите много червена (1.9 eV) H алфа в нощно небе).
От спектъра на разпадането на три гама на позитроний, в сравнение с интензитета на линията 511 кЕВ, астрономите преди четири години са разработили, че около 93% от позитроните, чието унищожаване виждаме, образуват позитроний, преди да се разпадат.
Колко позитроний? В издутата Млечен път около 15 милиарда (хиляди милиона) тона позитрони се унищожават всяка секунда. Това е толкова голяма маса, колкото електроните в десетки трилиони тона неща, с които сме свикнали, като скали или вода; приблизително толкова, колкото в средно голям астероид, на 40 км напречно.
Анализирайки публично оповестените данни INTEGRAL (на стойност около една година), J? Rgen Kn? Dlseder и неговите колеги откриха, че:
- Позитроните, които се унищожават в диска Млечен път, най-вероятно идват от разпадането на бета + (т.е. позитрон) на изотопите Алуминий-26 и Титан-44, които самите са произведени в последните свръхнови (не забравяйте, че астрономите наричат дори преди 10 милиона години "скорошен")
- обаче има повече позитрони, които са унищожени в издутината на Млечния път, отколкото в диска, с коефициент пет
- изглежда, че няма никакви „точкови“ източници.
Разбира се, за един учен от INTEGRAL „точков“ източник няма съвсем същото значение като това за астроном любител! Гама-зрението в позитрониевата линия е невероятно замъглено, обект шест Луни (3?) Би изглеждал като „точка“! Независимо от това, Kn'dlseder и неговият екип от алуфизични слети са в състояние да кажат, че "нито един от търсените източници не показва значителен 511 кЕВ поток"; тези 40 „обичайни заподозрени“ включват пулсари, квазари, черни дупки, остатъци от свръхнови звезди, области, образуващи звезди, богати галактически клъстери, спътникови галактики и блазари. Но те все още гледат: „Наистина [планирахме] посветени ИНТЕГРАЛНИ наблюдения на обичайните заподозрени, като свръхновите тип Ia (SN1006, Tycho) и LMXB (Cen X-4), които могат да помогнат за решаването на този проблем. . "
И така, откъде идват 15-те милиарда тона позитрони, които се унищожават всяка секунда в издутината? "За мен най-важното за унищожаването на позитрон е, че основният източник все още е загадка", казва Kn? Dlseder. „Можем да обясним слабото излъчване от диска с разпад на Алуминий-26, но по-голямата част от позитрони са разположени в областта на издуване на Галактиката и нямаме източник, който лесно да обясни всички характеристики на наблюдението. По-специално, ако сравните небето от 511 кЕВ с небето, наблюдавано при други дължини на вълната, ще разберете, че небето от 511 кеВ е уникално! Няма друго небе, което да прилича на това, което наблюдаваме. ”
Екипът на INTEGRAL смята, че може да изключи масивни звезди, колапси, пулсари или космически лъчеви взаимодействия, защото ако това бяха източникът на изпъкналите позитрони, тогава дискът щеше да бъде много по-ярък в светлина от 511 кЕВ.
Изпъкналите позитрони могат да идват от рентгенови двоични файлове с ниска маса, класически новаи или тип 1а свръхнови, чрез различни процеси. Предизвикателството във всеки случай е да се разбере как достатъчно позитрони, създадени от тях, могат да оцелеят достатъчно дълго след това и да се разсеят достатъчно далеч от местата им на раждане.
Ами космическите струни? Докато неотдавнашната книга на Tanmay Vachaspati, предлагаща ги като възможен източник на изпъкналите позитрони, излезе твърде наскоро за Kn? Dlseder et al. да разгледат за тяхната статия: „Но за мен не е очевидно, че имаме достатъчно наблюдателни ограничения, за да заявим, че космическите струни правят 511 keV; ние дори не знаем дали съществуват космически струни Човек би се нуждаел от уникална характеристика на космическите струни, които изключват всички други източници, и днес мисля, че сме далеч от това. "
Може би най-вълнуващо е, че позитроните могат да дойдат от унищожаването на частица с тъмна материя с ниска маса и нейната античастица, или като Kn? Dlseder et al. поставете „унищожение на светла тъмна материя (1-100 MeV), както наскоро предложиха Boehm et al. (2004), вероятно е най-екзотичният, но и най-вълнуващият кандидат източник на галактически позитрони. “ Тъмната материя е дори по-екзотична от позитрония; тъмната материя не е анти-материя и никой не е успял да я улови, камо ли да я изследва в лаборатория. Астрономите приемат, че тя е повсеместна и проследяването на нейната природа е една от най-горещите теми както в астрофизиката, така и във физиката на частиците. Ако милиардите тонове в секунда от позитрони, които са унищожени в издутината на Млечния път, не могат да произхождат от класически нови или термоядрени свръхнове, тогава може би е виновна добра стара тъмна материя.
