A pulzárok felelnek a túl sok antianyagért?

5129

Egy új tanulmány szerint nem pulzárokból származik az a váratlanul nagy mennyiségű antianyag-részecske, amit egy 2008-as megfigyelés során észleltek. Lehet, hogy a sötét anyag az életképes magyarázat.

Művészi illusztráció egy közeli pulzárról, a Gemingáról, amelyről úgy gondolják, hogy a Földön észlelt pozitronok forrása lehet. (Forrás: Nahks TrEhnl)

A Földet folyamatosan éri kozmikus sugárzás – nagy energiájú protonok és atommagok bombázzák, amelyek közel fénysebességgel száguldanak át az űrön. Vajon honnan származnak ezek a nagy energiájú részecskék? Egy új tanulmány azt vizsgálja, hogy okolhatók-e a kozmikus sugárzás egy bizonyos részéért a pulzárok.

2008-ban a kozmikus sugárzás eredetét kutató vizsgálatok elakadtak: a PAMELA (Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-Nuclei Astrophysics) antianyag-kutató űrszonda adatai azt mutatták, hogy több nagy energiájú pozitron érkezik a Földre a kozmikus sugárzással, mint azt feltételezték.

Úgy gondolják, hogy az elektron antirészecskéjét, a pozitront elsősorban a galaxisunkban lévő részecskéken szóródó nagy energiájú protonok hozzák létre. Az ilyen kölcsönhatások során elvileg nagyobb energiánál a képződő pozitronok száma csökken, de a PAMELA műszer és más kísérletek adatai arra utalnak, hogy éppen ellenkezőleg történik: az energia növekedésével a pozitronszám növekszik.

Művészi illusztráció a részecskezáporról, amint a kozmikus sugárzás egy részecskéje eléri a Föld felsőlégkörét. (Forrás: J. Yang / NSF)

Valaminek létre kell hoznia ezeket a különlegesen nagy energiájú pozitronokat – de vajon mi az?

Az egyik vezető elmélet szerint a pozitrontöbbletet közeli pulzárok, vagyis gyorsan forgó, erős mágneses terű neutroncsillagok hozzák létre. Tudjuk, hogy a pulzárok idővel egyre lassabban forognak, energiát veszítenek, mivel nagy energiájú elektronokat és pozitronokat sugároznak a környező csillagközi térbe. Ha egy pulzár elég közel van hozzánk, a benne és körülötte létrejövő pozitronok eljuthatnak a Földre anélkül, hogy az utazás során fellépő kölcsönhatásokkal energiát veszítenének.

Vajon a közeli pulzárok termelhetnek-e annyi pozitront, és kibocsáthatják-e őket elég hatékonyan ahhoz, hogy a Földről nagy energiájú részecsketöbbletként érzékeljük őket? A Shao-Qiang Xi (Nankingi Egyetem) vezette kutatócsoport ezt a kérdést tette fel nemrég megjelent tanulmányában.

Xi és munkatársai úgy gondolták, hogy a választ akkor tudhatjuk meg, ha a gyanúsított pulzárok milliárd elektronvoltos energiájú sugárzási adatait vizsgáljuk. Amikor a pulzár által létrehozott pozitronok kifelé diffundálnak, az őket körülvevő régió infravörös és látható fotonjaival ütköznek. Ez egy olyan, nagy energiájú részecskékből álló emissziós ködöt hozna létre a pulzár körül, amelynek sugárzása 10–500 milliárd elektronvolt energiájú – ezt pedig a Fermi gamma-űrteleszkópjához hasonló obszervatóriumok képesek érzékelni.

A HAWC (High Altitude Water Cherenkov) gamma-obszervatórium megfigyelései billió elektronvoltos ködöket jeleznek a Geminga és a PSR B0656+14 jelzésű pulzárok körül. Lehet, hogy ezek a források megegyeznek azokkal a milliárd elektronvoltos ködökkel, amelyek a pozitrontöbbletért felelnek? (Forrás: John Pretz)

Xi és munkatársai a Fermi 10 évnyi megfigyelési adatait elemezték arról a két közeli pulzárról, amelyek a pozitrontöbbletért felelőssé tehetők: a Gemingáról és a PSR B0656+14 jelzésű pulzárról, amelyek 800, illetve 900 fényévre vannak tőlünk.

Munkájuk során nem találták nyomát milliárd elektronvoltos energiájú sugárzásnak a források körül. A kutatók felső határértéket adtak meg pulzárok emissziójára, alibit szolgáltatva ezeknek az objektumoknak: a pulzárok valószínűleg a megfigyelt pozitrontöbbletnek csak egy kis részéért felelnek.

A Geminga és a PSR B0656+14 jelzésű pulzár környezete. Fent a Fermi gammatérképe látható, lent pedig ugyanaz a terület a háttér levonása után. (Forrás: Xi et al. 2019)

Vajon mit jelent ez? Ha a pulzárokat felmentjük, akkor más gyanúsítottat kell keresnünk: vagy más, közeli kozmikus gyorsítókat, mint például szupernóva-maradványokat, vagy egzotikusabb jelölteket, például nagy energiájú sötét anyag megsemmisülését vagy bomlását.

Forrás: Sky & Telescope

Hozzászólás

hozzászólás