Maleńka gwiazda uwalnia potężną wiązkę materii i antymaterii
Za pomocą Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra astronomowie zobrazowali wiązkę materii i antymaterii o długości 40 bilionów kilometrów. Ta rekordowa wiązka jest zasilana przez pulsar, czyli szybko rotującą gwiazdę o silnym polu magnetycznym.
Zdjęcie włókna materii i antymaterii rozciągającego się od stosunkowo niedużego pulsara. Olbrzymia skala tej wiązki może pomóc w wyjaśnieniu zaskakująco dużej liczby pozytonów wykrytych w całej Drodze Mlecznej.
Źródło: Obraz rentgenowski: NASA/CXC/Stanford Univ./M. de Vries; obraz optyczny: NSF/AURA/Gemini Consortium.
Dzięki swojej ogromnej skali wiązka ta może pomóc w wyjaśnieniu zaskakująco dużej liczby pozytonów, w całej galaktyce Drogi Mlecznej.
Astronomowie po raz pierwszy odkryli wiązkę, włókno, w 2020 roku, ale nie znali jego pełnej długości, ponieważ rozciągała się ona poza krawędź detektora Chandra. Nowe obserwacje Chandra wykonane przez tę samą parę badaczy w lutym i listopadzie 2021 roku pokazują, że włókno jest około trzy razy dłuższe niż pierwotnie widziano. Włókno rozciąga się na około połowę średnicy tarczy Księżyca w pełni, co czyni je najdłuższym włóknem pochodzącym od pulsara widzianego z Ziemi.
To niesamowite, że pulsar, który ma zaledwie 16 km średnicy, może stworzyć tak dużą strukturę, że możemy ją zobaczyć z odległości tysięcy lat świetlnych – powiedział Martijn de Vries z Uniwersytetu Stanforda w Palo Alto w Kalifornii, który kierował badaniami.
Pulsar nosi nazwę PSR J2030+4415 i znajduje się około 1600 lat świetlnych od Ziemi i obraca się około trzech razy na sekundę.
Wynik ten może przynieść nowe spojrzenie na źródło antymaterii w Drodze Mlecznej, która jest podobna do zwykłej materii, ale jej ładunki elektryczne są odwrócone. Na przykład pozyton jest dodatnio naładowanym odpowiednikiem elektronu.
Ogromna większość Wszechświata składa się ze zwykłej materii, a nie z antymaterii. Naukowcy wciąż jednak znajdują dowody na występowanie stosunkowo dużej liczby pozytonów w detektorach na Ziemi, co prowadzi do pytania: jakie są możliwe źródła tej antymaterii?
Naukowcy uważają, że pulsary takie jak PSR J2030+4415 mogą być jedną z odpowiedzi. Połączenie dwóch skrajnych zjawisk – szybkiej rotacji i wysokich pól magnetycznych pulsarów – prowadzi do przyspieszenia cząstek i wysokoenergetycznego promieniowania, które tworzy pary elektronów i pozytonów. (Zwykły proces zmiany masy w energię, znany z równania Einsteina E = mc2, ulega odwróceniu i energia zmienia się w masę).
Pulsar może wypuszczać te pozytony do Galaktyki. Generuje wiatry naładowanych cząstek, które zazwyczaj są zamknięte w ich potężnych polach magnetycznych. Pulsar porusza się w przestrzeni międzygwiazdowej z prędkością około 1,5 miliona km/h, a wiatr ciągnie się za nim. Przed pulsarem przesuwa się łukowaty szok gazowy, podobny do spiętrzenia wody przed płynącą łodzią. Jednak wydaje się, że około 20-30 lat temu ruch uderzenia dziobowego zatrzymał się, a pulsar dogonił go, co spowodowało oddziaływanie z międzygwiezdnym polem magnetycznym biegnącym niemal w linii prostej od lewej do prawej.
To prawdopodobnie wywołało wyciek cząstek – powiedział współautor pracy Roger Romani, również ze Stanford. Pole magnetyczne wiatru pulsara połączyło się z międzygwiazdowym polem magnetycznym, a wysokoenergetyczne elektrony i pozytony wyleciały przez dyszę utworzoną przez połączenie.
Gdy cząstki poruszały się wzdłuż linii międzygwiezdnego pola magnetycznego z prędkością około ⅓ prędkości światła, oświetlały je promieniami rentgenowskimi. W ten sposób powstało drugie włókno widziane przez Chandra.
Wcześniej astronomowie zaobserwowali w promieniowaniu gamma duże halo wokół pobliskich pulsarów, co sugeruje, że energetyczne pozytony mają trudność z wydostaniem się na zewnątrz Galaktyki. To podważa tezę, że pulsary wyjaśniają nadmiar pozytonów wykrytych przez naukowców. Jednak niedawno odkryte włókna pulsarów, takich jak PSR J2030+4415, pokazują, że cząstki rzeczywiście mogą uciekać w przestrzeń międzygwiezdną i w końcu dotrzeć do Ziemi.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
.jpg)
