كان الفلكيون يراقبون النجم النابض القريب مع هالة غريبة حوله. قد يجيب هذا النجم النابض على سؤال حير الفلكيين لبعض الوقت. يدعى النجم النابض Geminga ، وهو واحد من أقرب النجوم النابضة إلى الأرض ، على بعد 800 سنة ضوئية في كوكبة الجوزاء. ليس فقط بالقرب من الأرض ، ولكن Geminga أيضًا مشرقة جدًا في أشعة غاما.
من الواضح أن الهالة نفسها غير مرئية لأعيننا لأنها في أطوال موجات غاما. (اكتشفها تلسكوب Fermi Gamma-ray Space Telescope التابع لناسا.) ولكنه ضخم ، ويغطي أكبر مساحة من السماء مثل 40 قمراً ممتلئة.
قد تكون الهالة مسؤولة عن بعض الأحداث الجارية في جوارنا: هناك وفرة من المواد المضادة قرب الأرض ، وقد حير وجودها العلماء لمدة عقد من الزمان.
قال ماتيا دي ماورو ، عالِم الفيزياء الفلكية بالجامعة الكاثوليكية الأمريكية بواشنطن ومساحة غودارد الفضائية التابعة لوكالة ناسا: "يشير تحليلنا إلى أن هذا النجم النابض نفسه يمكن أن يكون مسؤولًا عن لغز دام عقدًا من الزمان حول سبب وجود نوع واحد من الجسيمات الكونية بشكل غير معتاد بالقرب من الأرض". مركز الطيران في جرينبيلت بولاية ماريلاند. "هذه هي البوزيترونات ، النسخة المضادة للإلكترونات ، القادمة من مكان ما خارج النظام الشمسي."
النجم النابض هو من بقايا نجم ضخم أصبح مستعر أعظم. Geminga هي نتيجة انفجار مستعر أعظم قبل حوالي 300000 سنة في كوكبة الجوزاء. إنه نجم نيوتروني دوار موجه بطريقة معينة نحو الأرض ، بحيث يتم توجيه طاقته إلينا مثل المنارة الكاسحة.
النابض محاط بشكل طبيعي بسحابة من الإلكترونات والبوزيترونات. وذلك لأن النجم النيوتروني له مجال كهرومغناطيسي مكثف ، أقوى من أي جسم معروف. يسحب الحقل فائق القوة الجزيئات من سطح النجم النابض ، ويسرعها إلى ما يقارب سرعة الضوء.
هذه الجسيمات سريعة الحركة ، بما في ذلك الإلكترونات ونظيراتها المضادة للمادة ، البوزيترونات ، هي أشعة كونية. نظرًا لأن الأشعة الكونية تحمل شحنة كهربائية ، فإنها تخضع لتأثيرات المجالات المغناطيسية. وبحلول الوقت الذي تصل فيه الأشعة الكونية إلى الأرض ، لا يستطيع الفلكيون تحديد مصدرها.
خلال العقد الماضي أو نحو ذلك ، كشفت مراصد وتجارب مختلفة عن بوزيترونات عالية الطاقة في محيطنا أكثر مما كان متوقعًا. اكتشفها كل من Nerma Fermi Gamma-ray Space Telescope ومقياس الطيف المغناطيسي ألفا التابع لناسا وتجارب أخرى. توقع العلماء أن تكون النجوم النابضة القريبة ، بما في ذلك Geminga ، هي المصدر. ولكن بسبب الطريقة التي تتأثر بها البوزيترونات بالمجالات المغناطيسية ، لا يمكن إثبات ذلك.
حتى عام 2017.
في ذلك العام ، أكد مرصد Cherenkov لأشعة غاما (HAWC) على ارتفاعات عالية ما وجده بعض الاكتشافات الأرضية: هالة صغيرة ولكن مكثفة من أشعة غاما حول Geminga. اكتشف HAWC طاقات في بنية الهالة من 5-40 تي في ، أو تيرا إلكترون فولت. هذا خفيف بتريليونات الطاقة التي يمكن أن تراها أعيننا.
في البداية ، اعتقد العلماء أن هالة الطاقة العالية ناتجة عن تصادم الإلكترونات والبوزيترونات مع ضوء النجوم ، مما يعزز طاقتها ويجعلها فائقة السطوع. عندما ينقل الجسيم المشحون بعض طاقته إلى الفوتون ، وهذا ما يسمى تناثر معكوس كومبتون.
لكن الفريق الذي استخدم HAWC لمراقبة Geminga وهالةها توصل إلى استنتاج: نادراً ما تصل تلك البوزيترونات عالية الطاقة إلى الأرض ، بناءً على حجم الهالة. لذلك يجب أن يكون هناك تفسير آخر لوفرة البوزيترونات بالقرب من الأرض.
لم يدرس العلماء الذين يدرسون وجود البوزيترونات بالقرب من الأرض النجم النابض من قائمتهم حتى الآن. وباعتبارها نجمًا نابضًا ومشرقًا ، لا تزال Geminga تحظى باهتمامها.
قاد Mattia Di Mauro فريقًا صغيرًا من العلماء الذين يدرسون بيانات Geminga التي تبلغ قيمتها عقدًا من تلسكوب Fermi's Large Area Telescope (LAT.) وتلاحظ LAT ضوءًا للطاقة أقل من HAWC. دي ماورو هو المؤلف الرئيسي لدراسة جديدة عرضت هذه النتائج. الدراسة بعنوان "الكشف عن هالة؟ -راية حول Geminga مع بيانات Fermi-LAT والآثار المترتبة على تدفق البوزيترون." نُشرت الورقة في مجلة Physics Review.
واحدة من المؤلفين المشاركين في الورقة هي سيلفيا مانكوني ، باحثة ما بعد الدكتوراه في جامعة RWTH Aachen في ألمانيا. قال مانكوني في بيان صحفي: "لدراسة الهالة ، كان علينا طرح جميع المصادر الأخرى لأشعة جاما ، بما في ذلك الضوء المنتشر الناتج عن تصادمات الأشعة الكونية مع السحب الغازية بين النجوم. لقد استكشفنا البيانات باستخدام 10 نماذج مختلفة للانبعاثات بين النجوم. "
بمجرد أن طرح الفريق جميع المصادر الأخرى لأشعة جاما في السماء ، كشفت البيانات عن هيكل مستطيل واسع. هالة حول Geminga. غطت بنية الطاقة العالية 20 درجة في السماء عند 20 مليار إلكترون فولت ، ومنطقة أكبر حتى في طاقات أقل.
المؤلف المشارك للدراسة Fiorenza Donato من المعهد الوطني الإيطالي للفيزياء النووية وجامعة تورينو. قال دوناتو في البيان الصحفي ، "إن جزيئات الطاقة المنخفضة تنتقل أبعد كثيرًا من النجم النابض قبل أن تصطدم بضوء النجوم وتحول جزءًا من طاقتها إليها وتعزز الضوء إلى أشعة جاما. هذا هو السبب في أن انبعاث أشعة جاما يغطي مساحة أكبر عند طاقات أقل. "أيضا ، هالة Geminga ممدودة جزئيا بسبب حركة النجم النابض عبر الفضاء."
قارن الفريق بيانات LAT مع بيانات HAWC وخلص إلى أن مجموعات البيانات متطابقة. ووجدوا أيضًا أن Geminga المشرقة القريبة يمكن أن تكون مسؤولة عن ما يصل إلى 20 ٪ من البوزيترونات عالية الطاقة التي لاحظتها تجربة AMS-02. من خلال الاستنتاج من ذلك إلى جميع انبعاثات النجوم النابضة التراكمية في درب التبانة ، يقول الفريق إن النجوم النابضة تظل أفضل تفسير للغموض الأصلي: مصدر كل تلك البوزيترونات بالقرب من الأرض.
قال دي ماورو: "يوضح عملنا أهمية دراسة المصادر الفردية للتنبؤ بكيفية مساهمتها في الأشعة الكونية". "هذا هو أحد جوانب المجال الجديد المثير الذي يدعى علم الفلك المتعدد ، حيث ندرس الكون باستخدام إشارات متعددة ، مثل الأشعة الكونية ، بالإضافة إلى الضوء."
أكثر:
- بيان صحفي: مهمة Fermi التابعة لوكالة ناسا تربط "Halo" بأشعة غاما من Pulsar بـ Antimatter Puzzle
- ورقة بحثية: الكشف عن هالة من الأشعة حول Geminga مع بيانات Fermi-LAT وتداعياتها على تدفق البوزيترون
- ويكيبيديا: تشتت كومبتون
