511 keV gammakiirguse emissiooni kõige sobivama 'halo + ketta' mudeli kogu taeva kaart. Kujutise krediit: INTEGRAL. Pilt suuremalt.
Positroni, antikeha elektroni vastandit ennustas Paul Dirac - toona revolutsioonilisel - kvantlaine võrrand elektronile. Mõni aasta hiljem, 1932. aastal avastas Carl Anderson kosmiliste kiirtega positroni ning Dirac sai 1933 Nobeli ja 1936 Anderson.
Kui positron kohtub elektroniga, hävitavad nad kaks gammakiirt. Mõnikord eelneb hävitamisele siiski positrooniumi moodustumine, mis on nagu vesinikuaatom, mille prooton on asendatud positroniga (positroniumil on oma sümbol Ps). Positroonium on kahes vormis, on ebastabiilne ja laguneb kas kaheks gammaks (umbes 0,1 nanosekundi jooksul) või kolmeks (umbes 100 nanosekundi jooksul).
Astronoomid on alates 1970. aastatest teadnud, et universumis peab olema palju positroneid. Miks? Sest kui positron ja elektron hävivad, et saada kaks gammat, on mõlemal sama lainepikkus, umbes 0,024 Å või 0,0024 nm (astronoomid, nagu osakeste füüsikud, ei räägi gammakiirte lainepikkustest, nad räägivad oma energiast; 511) keV sel juhul). Niisiis, kui vaatate taevast gammakiire abil - muidugi atmosfääri ülalt! - teate, et positrone oli palju, kuna näete palju ühevärvilise 511 keV gammat (see on sarnane järeldusele, et universumis on palju vesinikku, märgates punase (1,9 eV) H-alfa öötaevas).
Positrooniumi kolme gamma lagunemise spektrist, võrreldes 511 keV liini intensiivsusega, leidsid astronoomid neli aastat tagasi, et umbes 93% positronitest, mille hävitamist näeme, moodustavad positrooniumi enne nende lagunemist.
Kui palju positrooniumi? Linnutee punnis hävitatakse iga sekund umbes 15 miljardit (tuhat miljonit) tonni positrone. See on sama palju kui elektronid kümnete triljonite tonnide kaupa, nagu oleme harjunud, nagu kivid või vesi; umbes sama palju kui keskmise suurusega asteroidis, läbides 40 km.
Analüüsides avalikult avaldatud INTEGRALi andmeid (umbes aasta väärt), leidsid Jengen Kn? Dseder ja tema kolleegid, et:
- Linnutee kettale hävitatud positronid pärinevad tõenäoliselt isotoopide Alumiinium-26 ja Titanium-44 beeta + (st positron) lagunemisest, mis olid ise toodetud hiljutistes supernoovades (pidage meeles, et astronoomid nimetavad seda isegi 10 miljonit aastat tagasi 'hiljutine')
- Linnutee punnis hävitatakse rohkem positrone kui kettaga viis korda
- paistab, et mingeid allikaid pole.
INTEGRAALSE teadlase jaoks pole “punkt” allikal muidugi sama tähendust kui amatöör-astronoomil! Gamonkiirguse nägemine positrooniumi reas on uskumatult udune, objekt, mille pikkus on kuus kuud (3?), Näeks välja nagu punkt! Sellegipoolest suudavad Kn? Dlseder ja tema astrofüüsika alamrühmad öelda, et “ükski allikas, mida otsisime, ei näidanud olulist 511 keV voogu”; nende 40 "tavalise kahtlusaluse" hulka kuuluvad pulsaarid, kvaasarid, mustad augud, supernoovade jäänused, tähte moodustavad piirkonnad, rikkad galaktikaparved, satelliitgalaktikad ja bleasarid. Kuid nad vaatavad endiselt: „Oleme tõepoolest [kavandanud] pühendunud INTEGRAL-i vaatlustele tavalistele kahtlustatavatele, näiteks Ia tüüpi supernoovad (SN1006, Tycho) ja LMXB (Cen X-4), mis võivad aidata seda probleemi lahendada. . ”
Niisiis, kust pärinevad 15 miljardit tonni positronit, mis iga sekundi jooksul hävitatakse punnis? "Minu jaoks on positroni hävitamise juures kõige olulisem see, et peamine allikas on endiselt mõistatus," ütleb Kn? Dlseder. „Võime ketta nõrka emissiooni seletada alumiinium-26 lagunemisega, kuid suurem osa positroone asub Galaktika punnipiirkonnas ja meil pole ühtegi allikat, mis selgitaks kõiki vaatlusomadusi. Täpsemalt, kui võrrelda 511 keV taevast teiste lainepikkustel täheldatud taevaga, saate aru, et 511 keV taevas on ainulaadne! Pole ühtegi teist taevast, mis meenutaks seda, mida me vaatleme. ”
INTEGRALi meeskond arvab, et suudab välistada massilised tähed, kollapserid, pulsaatorid või kosmilise kiirguse vastastikmõjud, sest kui need oleksid punnis positronite allikaks, oleks ketas 511 keV valguses palju heledam.
Punnide positronid võivad pärineda mitmesuguste protsesside kaudu väikese massiga röntgenkiirguse kahekomponentidest, klassikalistest novadest või 1.a tüüpi supernoovadest. Mõlemal juhul on väljakutse mõista, kuidas nende loodud piisavad positronid suudaksid pärast seda piisavalt kaua ellu jääda ja levida piisavalt kaugel sünnikohast.
Mis saab kosmilistest keeltest? Kui hiljutine Tanmay Vachaspati artikkel, milles pakuti neid kui mõhk-positronite võimalikku allikat, ilmus Kn? Dsederi jt jaoks liiga hiljuti. kaaluda nende töö jaoks: “Minu jaoks pole siiski ilmne, et meil on piisavalt vaatluspiiranguid, et väita, et kosmilised stringid muudavad 511 keV; me isegi ei tea, kas kosmilised stringid on olemas. Vaja oleks kosmiliste keelpillide ainulaadset tunnust, mis välistaks kõik muud allikad ja täna on minu arvates sellest kaugel. ”
Võib-olla kõige põnevamalt võivad positronid pärineda väikese massiga tumeda aine osakese ja selle antiosakese hävitamisest või nagu Kn? Dlseder jt. pange see “Hele tumeda aine (1–100 MeV) hävitamisele, nagu soovitasid hiljuti Boehm jt. (2004), on tõenäoliselt kõige eksootilisem, kuid ka põnevam galaktiliste positronite kandidaatallikas. ” Tume aine on veelgi eksootilisem kui positroonium; tume aine ei ole antiaine ja keegi pole suutnud seda tabada, rääkimata laboris uurimisest. Astronoomid nõustuvad, et see on üldlevinud ja selle olemuse jälgimine on üks kuumimaid teemasid nii astrofüüsikas kui ka osakeste füüsikas. Kui Linnutee punnis hävitatud miljardid tonnid sekundis positronitest ei saa pärineda klassikalistest novadest ega termotuumade supernoovadest, siis on võib-olla selles süüdi vana hea tumeaine.
