Nowe spojrzenie na promieniowanie gamma z sąsiedniej galaktyki
Promieniowanie gamma reprezentują fotony o najwyższej energii, pochodzące z najbardziej ekstremalnych środowisk we Wszechświecie. Chociaż wykryto wiele źródeł promieniowania gamma w Drodze Mlecznej i poza nią, natura emisji tego promieniowania z galaktyki Andromedy pozostaje tajemnicą.
Galaktyka Andromedy. Źródło: Astrobite
Promieniowanie gamma reprezentują fotony o najwyższej energii. Naturalnie, pochodzą one z najbardziej ekstremalnych środowisk we Wszechświecie, takich jak pulsary, aktywne jądra galaktyk (AGN), supernowe, a potencjalnie nawet ciemna materia. Chociaż wykryto wiele źródeł promieniowania gamma zarówno w Drodze Mlecznej, jak i poza nią, natura emisji promieniowania gamma z naszej najbliższej sąsiedniej galaktyki, Andromedy (M31), pozostaje w pewnym sensie tajemnicą.
Fermi-LAT to kosmiczne obserwatorium promieniowania gamma, które od 2008 roku bada niebo w poszukiwaniu wysokoenergetycznego promieniowania gamma. Wiele grup naukowców przeanalizowało te dane, a więcej danych daje lepszy wgląd w to, co tworzy te promienie gamma.
Do czasu opublikowania artykułu wyglądało na to, że promieniowanie gamma z Andromedy pochodzi z kształtu przypominającego kroplę (zwanego emisją rozproszoną) w centrum galaktyki. Było to szczególnie ekscytujące, ponieważ rozszerzona struktura w tej emisji promieniowania gamma często sugeruje albo rozkład promieniowania kosmicznego, albo obecność masywnego halo ciemnej materii.
Promienie kosmiczne to przede wszystkim naładowane cząsteczki, które poruszają się we Wszechświecie z prędkościami relatywistycznymi, ale łatwo ulegają zmianie przez pola magnetyczne, co bardzo utrudnia śledzenie z Ziemi ich pochodzenia. Na szczęście, ponieważ istnieją procesy, które wytwarzają promieniowanie gamma z naładowanych cząstek (procesy hadronowe), identyfikacja obszarów rozszerzonego promieniowania gamma może prześledzić obszary, w których populacje promieniowania kosmicznego oddziałują z ich środowiskiem. Z drugiej strony skupiska masywnej ciemnej materii znajdujące się w centrum Andromedy mogą ulec rozpadowi lub anihilacji, wytwarzając w tym procesie promieniowanie gamma.
Ponowna analiza 14 lat danych z Fermi-LAT przeprowadzona przez autorów pracy ujawniła, że emisja promieniowania gamma nie jest wcale rozległa. W rzeczywistości wydaje się, że jest ona ograniczona do dwóch źródeł punktowych: jednego znajdującego się w samym centrum galaktyki i drugiego ~6 kiloparseków na południowy wschód. Stało się to widoczne dopiero wtedy, gdy autorzy wycięli promienie gamma o najniższej energii, które nadal sprawia, że dane wydają się mniej lub bardziej rozszerzone, gdy jest uwzględnione. Jeszcze bardziej interesujące jest to, że autorzy odkryli, że oba te regiony są znacznie jaśniejsze niż oczekiwano, w porównaniu do emisji promieniowania gamma centrum naszej własnej Galaktyki.
Ten nowy obraz promieniowania gamma Andromedy bardzo zmienia nasze rozumienie tej galaktyki. Nie jest już prawdopodobne, że centralny gorący punkt promieniowania gamma Andromedy pochodzi z halo ciemnej materii lub rozkładu promieniowania kosmicznego, więc autorzy przyjrzeli się centrum galaktycznemu Drogi Mlecznej, aby dowiedzieć się, jakiego rodzaju obiekty mogą być odpowiedzialne za promieniowanie gamma. Jedną z wiodących teorii dotyczących promieniowania w naszym własnym galaktycznym centrum jest pulsacja starych obiektów, takich jak pulsary milisekundowe. Jednak w przypadku Andromedy potrzebnych byłoby co najmniej 15 000 pulsarów milisekundowych, aby uwzględnić szczególnie jasną emisję promieniowania gamma. Chociaż nadal nie jest pewne, czy centrum Andromedy może pomieścić tak ogromną liczbę pulsarów milisekundowych, w centrum Drogi Mlecznej wykryliśmy tylko około 200 takich pulsarów, więc to wyjaśnienie wydaje się mało prawdopodobne.
Autorzy badając również południowo-wschodnie źródło, które pojawiło się w ich nowej analizie. Ponieważ galaktyki znajdują się dość daleko od siebie, szansa na przypadkowe znalezienie dwóch lub więcej galaktyk wokół centralnego i południowo-wschodniego źródła wynosi tylko 0,4%. Oznacza to, że emisja najprawdopodobniej pochodzi z wnętrza Andromedy. Źródło znajdujące się poza centrum ma prawie dokładnie taką samą jasność jak centralne źródło Andromedy (co samo w sobie jest osobliwe!), co prowadzi do tego samego problemu z identyfikacją źródeł zdolnych do emitowania tak jasnej emisji. Po przejrzeniu badań rentgenowskich i optycznych autorzy ustalili, że nie ma dobrych odpowiedników dla tego regionu również w innych długościach fal. Nawet jeżeli weźmie się pod uwagę niskie prawdopodobieństwo, że jest to pozagalaktyczne źródło za Andromedą, nie ma znanych odpowiedników w obszarze nieba, w którym znajduje się ten gorący punkt.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
