Harta cu ceruri a celui mai potrivit model de „disc halo + disc” cu emisie de linii gamma de 511 keV. Credit de imagine: INTEGRAL. Faceți clic pentru a mări.
Positronul, omologul anti-materie al electronului, a fost prezis de ecuația de undă cuantică a lui Paul Dirac - la vremea aceea revoluționară. Câțiva ani mai târziu, în 1932, Carl Anderson a descoperit pozitronul în razele cosmice, iar Dirac a obținut Premiul Nobel în 1933 și Anderson în 1936.
Când un pozitron întâlnește un electron, acestea se anihilează, producând două raze gamma. Uneori, însă, anihilarea este precedată de formarea de pozitroniu, care este ca un atom de hidrogen cu protonul înlocuit cu un pozitron (positroniul are propriul său simbol, Ps). Positroniul vine sub două forme, este instabil și se descompune fie în două game (în aproximativ 0,1 nanosecunde), fie în trei (în aproximativ 100 de nanosecunde).
Astronomii știu încă din anii ’70 că trebuie să existe o mulțime de pozitroni în univers. De ce? Deoarece atunci când un pozitron și un electron se anihilează pentru a da două game, ambele au aceeași lungime de undă, aproximativ 0,024 Å sau 0,0024 nm (astronomii, ca și fizicienii cu particule, nu vorbesc despre lungimile de undă ale razelor gamma, vorbesc despre energia lor; 511 keV în acest caz). Deci, dacă privești cerul cu viziune cu raze gamma - deasupra atmosferei, desigur! - știți că au existat o mulțime de pozitroni, deoarece puteți vedea o mulțime de game-uri cu o singură „culoare”, 511 keV (este similar cu concluzia că există mult hidrogen în univers, observând o mulțime de roșu (1,9 eV) H alfa în cer de noapte).
Din spectrul descompunerii trei-gamma a pozitroniului, în comparație cu intensitatea liniei 511 keV, astronomii în urmă cu patru ani au lucrat că aproximativ 93% dintre pozitronii a căror anihilare vedem formează positroniu înainte de a se descompune.
Cât de pozitroniu? În balta Calea Lactee, aproximativ 15 miliarde (mii de milioane) tone de pozitroni sunt anihilate în fiecare secundă. Aceasta este la fel de multă masă ca electronii în zeci de miliarde de tone de materiale pe care le obișnuim, cum ar fi rocile sau apa; cam la fel ca într-un asteroid de dimensiuni medii, la 40 km.
Analizând datele INTEGRAL publicate public (valoreaza aproximativ un an), J? Rgen Kn? Dlseder și colegii săi au constatat că:
- pozitronii care sunt anihilați pe discul Calea Lactee provin cel mai probabil din degradarea beta + (adică a pozitronului) izotopilor Aluminum-26 și Titanium-44, care în sine au fost produși în supernovele recente (amintiți-vă, astronomii apelează chiar și acum 10 milioane de ani 'Recent')
- cu toate acestea, există mai mulți pozitroni care sunt anihilați în balta Calea Lactee decât în disc, cu un factor de cinci
- nu par să existe surse „punctuale”.
Desigur, pentru un om de știință INTEGRAL, o sursă „punct” nu are același sens ca și pentru un astronom amator! Viziunea cu raze gamma în linia de pozitroniu este incredibil de încețoșată, un obiect de șase luni peste (3?) Ar părea un „punct”! Cu toate acestea, Knodseder și echipa sa de astrofizici care nu sunt capabili să spună că „niciuna dintre sursele pe care le-am căutat nu a prezentat un flux semnificativ de 511 keV”; acești 40 de „suspecți obișnuiți” includ pulsars, quasari, găuri negre, resturi de supernove, regiuni formatoare de stele, grupări de galaxii bogate, galaxii satelite și blaze. Dar, încă se uită, „Într-adevăr [am planificat] observații INTEGRALE dedicate ale suspecților obișnuiți, cum ar fi supernovele de tip Ia (SN1006, Tycho) și LMXB (Cen X-4), care ar putea ajuta la rezolvarea acestei probleme .“
Deci, de unde provin cele 15 miliarde de tone de pozitroni care sunt anihilate în fiecare secundă în balon? „Pentru mine cel mai important lucru despre anihilarea pozitronului este că sursa principală este încă un mister”, spune Kn? Dlseder. „Putem explica emisia slabă de pe disc prin descompunerea aluminiu-26, dar cea mai mare parte a pozitronilor sunt situate în regiunea bombată a galaxiei și nu avem nicio sursă care să explice cu ușurință toate caracteristicile observaționale. În special, dacă comparați cerul 511 keV cu cerul observat la alte lungimi de undă, recunoașteți că cerul de 511 keV este unic! Nu există niciun alt cer care să se asemene cu ceea ce observăm. ”
Echipa INTEGRALă consideră că poate exclude stele masive, colapsele, pulsarii sau interacțiunile de raze cosmice, pentru că dacă acestea ar fi sursa pozitronilor bombate, atunci discul ar fi mult mai luminos în lumina de 511 keV.
Positronii amforați pot proveni din binare cu raze X de masă scăzută, novae clasice sau supernovele de tip 1a, printr-o varietate de procese. Provocarea în fiecare caz este de a înțelege cât de mulți pozitroni creați de aceștia ar putea supraviețui suficient de mult după aceea și să difuzeze destul de departe de locurile lor de naștere.
Dar despre șirurile cosmice? În timp ce recentul document de la Tanmay Vachaspati care propunea acestea ca o posibilă sursă de pozitroni amețiști a apărut prea recent pentru Knodsler și colab. să iau în considerare lucrările lor: „Totuși, pentru mine nu este evident că avem suficiente constrângeri observaționale pentru a afirma că șirurile cosmice fac 511 keV; nici măcar nu știm dacă există șiruri cosmice. Unul ar avea nevoie de o caracteristică unică a șirurilor cosmice care exclud toate celelalte surse și astăzi cred că suntem departe de asta. ”
Poate cel mai interesant, pozitronii pot proveni din anihilarea unei particule cu materie întunecată de masă scăzută și anti-particule, sau ca Knodslser et al. a pus-o „Anularea materiei întunecate ușoare (1-100 MeV), așa cum a sugerat recent Boehm et al. (2004), este probabil cea mai exotică, dar și cea mai interesantă sursă candidată de pozitroni galactici. " Materia întunecată este chiar mai exotică decât pozitroniul; materia întunecată nu este anti-materie și nimeni nu a fost capabil să o surprindă, cu atât mai puțin să o studiem într-un laborator. Astronomii acceptă faptul că este omniprezent și urmărirea naturii sale este unul dintre cele mai tari subiecte atât în astrofizică, cât și în fizica particulelor. Dacă miliardele de tone pe secundă de pozitroni care sunt anihilați în balta Calea Lactee nu pot fi provenite din novae clasice sau supernovele termonucleare, atunci este posibil să fie de vină o bună materie întunecată.
