Koko taivaan kartta parhaiten sopivasta 'halo + disk' -mallista, joka sisältää 511 keV gammasäteilyä. Kuvahyvitys: INTEGRAL. Klikkaa suurentaaksesi.
Paul Diracin ennustettiin positronin, elektronin vasta-aineen vastineeksi - vallankumouksellisena ajankohtana - elektronin kvanttiaallon yhtälöstä. Muutamaa vuotta myöhemmin, vuonna 1932, Carl Anderson löysi positronin kosmisissa säteissä, ja Dirac sai Nobel-palkinnon vuonna 1933 ja Anderson vuonna 1936.
Kun positroni kohtaa elektronin, ne tuhoavat tuottaen kaksi gammasätettä. Toisinaan tuhoamista edeltää kuitenkin positroniumin muodostuminen, joka on kuin vetyatomi protonilla, joka korvataan positronilla (positroniumilla on oma symboli, Ps). Positroniumia esiintyy kahdessa muodossa, se on epävakaa ja hajoaa joko kahdeksi gammaksi (noin 0,1 nanosekunnin sisällä) tai kolmeksi (noin 100 nanosekunnin sisällä).
Tähtitieteilijät ovat 1970-luvulta lähtien tienneet, että maailmankaikkeudessa on oltava paljon positroneja. Miksi? Koska kun positroni ja elektroni tuhoutuvat antamaan kaksi gammaa, molemmilla on sama aallonpituus, noin 0,024 Å tai 0,0024 nm (tähtitieteilijät, kuten hiukkasfyysikot, eivät puhu gammasäteiden aallonpituuksista, he puhuvat energiastaan; 511 keV tässä tapauksessa). Joten jos katsot taivasta gammasäteellä - tietysti ylhäältä tunnelma! - Tiedät, että positroneja oli paljon, koska voit nähdä paljon yhden värisen, 511 keV: n gammat (samanlainen kuin johtopäätös siitä, että universumissa on paljon vetyä havaitsemalla paljon punaista (1,9 eV) H-alfaa yötaivas).
Positroniumin kolmen gamman hajoamisen spektristä verrattuna 511 keV -linjan intensiteettiin astronomit työskentelivät neljä vuotta sitten, että noin 93% positronista, joiden tuhoaminen näemme, muodostaa positroniumin ennen niiden rappeutumista.
Kuinka paljon positroniumia? Linnunradan pullistumassa joka sekunti tuhoutuu noin 15 miljardia (tuhat miljoonaa) tonnia positroneja. Se on yhtä paljon massaa kuin elektronit kymmenissä biljoonaissa tonneissa tavaroita, joihin olemme tottuneet, kuten kiviä tai vettä; suunnilleen yhtä paljon kuin keskikokoisessa asteroidissa, 40 km poikki.
Analysoimalla julkisesti julkaistuja INTEGRAL-tietoja (noin vuoden arvoinen), Jörgen Kn? Dlseder ja hänen kollegansa totesivat, että:
- Linnunradan levyllä tuhottavat positronit tulevat todennäköisimmin alumiini-26- ja titaani-44-isotooppien beeta + (ts. positron) hajoamisesta, jotka itse on tuotettu viimeaikaisissa supernovoissa (muistakaa, tähtitieteilijät kutsuvat jopa 10 miljoonaa vuotta sitten 'viime')
- Linnunradan pullistumalla tuhoaa kuitenkin enemmän positroneja kuin levyllä kertoimella viisi
- ei näytä olevan mitään "piste" -lähteitä.
INTEGRALIlle tiedemiehelle tieteellisesti 'piste' -lähteellä ei ole aivan samaa merkitystä kuin amatööri-tähtitieteilijälle! Gamma-säteilynäkö positroniumviivalla on uskomattoman epäselvä. Kuuden kuukauden poikki oleva objekti (3?) Näyttäisi "pisteeltä"! Siitä huolimatta Kn? Dlseder ja hänen astrofysiikka-ryhmänsä voivat sanoa, että ”mikään etsimistämme lähteistä ei osoittanut merkittävää 511 keV: n virtausta”; Näihin 40 'tavanomaiseen epäiltyyn' sisältyy pulsaareja, kvasareja, mustia aukkoja, supernoovien jäänteitä, tähtiä muodostavia alueita, rikkaita galaksi-klustereita, satelliittigalakseja ja blazaareja. Mutta he etsivät edelleen: ”Olemme todellakin [suunnitelleet] omistaneet INTEGRAL-havaintoja tavallisista epäillyistä, kuten tyypin Ia supernovat (SN1006, Tycho) ja LMXB (Cen X-4), jotka saattavat auttaa ratkaisemaan tämän ongelman. .”
Joten mistä 15 miljardin tonnin positronit, jotka hävitetään joka sekunti pullistumassa, tulevat? "Minulle tärkein asia positronien tuhoamisessa on, että päälähde on edelleen mysteeri", Kn? Dlseder sanoo. ”Voimme selittää levyn heikot päästöt alumiini-26-hajoamisella, mutta suurin osa positroneista sijaitsee galaksin pullistuma-alueella, eikä meillä ole lähdettä, joka selittäisi helposti kaikki havaintoominaisuudet. Erityisesti, jos vertaat 511 keV-taivasta taivaalla, jota havaitaan muilla aallonpituuksilla, huomaat, että 511 keV taivas on ainutlaatuinen! Ei ole muuta taivasta, joka muistuttaisi sitä, mitä havaitsemme. ”
INTEGRAL-ryhmän mielestä ne voivat sulkea pois massiiviset tähdet, rintamerkit, pulsaattorit tai kosmisen säteen vuorovaikutukset, sillä jos nämä olisivat pullistumapositronien lähde, levy olisi paljon kirkkaampi 511 keV: n valossa.
Pullistuma positronit voivat olla peräisin pienimassaltaan röntgenbinaareista, klassisista novoista tai tyypin 1a supernovoista, monien prosessien kautta. Kummankin haasteena on ymmärtää, kuinka niiden luomat riittävät positronit voivat selviytyä riittävän kauan jälkeenpäin ja levitä riittävän kaukana syntymäpaikoistaan.
Entä kosminen merkkijono? Vaikka hiljattain julkaistu Tanmay Vachaspati -julkaisu, joka ehdotti näitä mahdollisena pullistumapositronien lähteenä, julkaistiin liian hiljattain Kn? Dlseder et al: lle. pohtia heidän paperiaan: ”Minulle ei kuitenkaan ole selvää, että meillä on tarpeeksi havainnollisia rajoituksia väittää, että kosmiset jouset tekevät 511 keV: n; emme edes tiedä, onko kosmisia jousia olemassa. Tarvitaan ainutlaatuinen ominaisuus kosmisille jousille, jotka sulkevat pois kaikki muut lähteet, ja luulen, että olemme tänään kaukana tästä. "
Ehkä jännittävimmin, positronit voivat johtua pienimassan tumma-ainepartikkelin ja sen antihiukkasten tuhoamisesta tai kuten Kn? Dlseder et ai. laita se ”vaalean tumman aineen (1 - 100 MeV) tuhoamiseen, kuten Boehm et ai. (2004), on luultavasti eksoottisin mutta myös mielenkiintoisin galaktisten positronien ehdokaslähde. ” Tumma aine on vielä eksoottisempaa kuin positronium; tumma aine ei ole antiaine, eikä kukaan ole pystynyt vangitsemaan sitä, puhumattakaan siitä, että sitä tutkitaan laboratoriossa. Tähtitieteilijät hyväksyvät sen olevan kaikkialla läsnä oleva luonne ja sen luonteen jäljittäminen on yksi kuumimmista aiheista sekä astrofysiikassa että hiukkasfysiikassa. Jos miljardeja tonneja sekunnissa Positronia, jotka tuhoutuvat Linnunradan pullistumalla, ei voi olla peräisin klassisista novoista tai lämpöydin-supernovoista, niin ehkä vanha hyvä tumma aine on syyllinen.
