Peta seluruh langit model ‘halo + disk’ yang paling sesuai dengan pancaran garis sinar-5 5V keV. Kredit gambar: INTEGRAL. Klik untuk membesarkan.
Positron, rakan sejawat anti-zat untuk elektron, diramalkan oleh persamaan gelombang kuantum Paul Dirac - pada masa itu revolusioner - untuk elektron. Beberapa tahun kemudian, pada tahun 1932, Carl Anderson menemui positron dalam sinar kosmik, dan Dirac mendapat Hadiah Nobel pada tahun 1933 dan Anderson pada tahun 1936.
Apabila positron bertemu elektron, mereka memusnahkan, menghasilkan dua sinar gamma. Kadang kala, pemusnahan itu didahului oleh pembentukan positronium, yang seperti atom hidrogen dengan proton digantikan oleh positron (positronium mempunyai simbolnya sendiri, Ps). Positronium terdapat dalam dua bentuk, tidak stabil, dan merosot menjadi dua gamma (dalam lingkungan kira-kira 0.1 nanodetik) atau tiga (dalam jarak kira-kira 100 nanodetik).
Ahli astronomi telah mengetahui sejak tahun 1970-an bahawa mesti ada banyak positron di alam semesta. Kenapa? Kerana apabila positron dan elektron memusnahkan untuk memberikan dua gama, keduanya mempunyai panjang gelombang yang sama, kira-kira 0,024 Å, atau 0,0024 nm (ahli astronomi, seperti ahli fizik zarah, tidak membicarakan tentang panjang gelombang sinar gamma, mereka membincangkan tenaganya; 511 keV dalam kes ini). Jadi, jika anda melihat langit dengan penglihatan sinar gamma - dari atas tentu saja suasana! - anda tahu terdapat banyak positron kerana anda dapat melihat banyak gamma satu 'warna' tunggal, 511 keV (ini serupa dengan menyimpulkan terdapat banyak hidrogen di alam semesta dengan melihat banyak alpha H (1.9 eV) merah di langit malam).
Dari spektrum peluruhan tiga-gamma positronium, dibandingkan dengan intensiti garis 511 keV, para astronom empat tahun yang lalu menunjukkan bahawa kira-kira 93% positron yang pemusnahannya kita lihat membentuk positronium sebelum mereka merosot.
Berapa banyak positronium? Dalam tonjolan Bima Sakti, kira-kira 15 bilion (ribu juta) tan positron dimusnahkan setiap saat. Jisimnya sebanyak elektron dalam puluhan trilion tan barang yang biasa kita gunakan, seperti batu atau air; sama seperti asteroid bersaiz pertengahan, 40 km.
Dengan menganalisis data INTEGRAL yang dikeluarkan secara terbuka (bernilai sekitar satu tahun), J? Rgen Kn? Dlseder dan rakan-rakannya mendapati bahawa:
- positron yang dimusnahkan dalam cakera Bima Sakti kemungkinan besar berasal dari pelanggaran beta + (iaitu positron) dari isotop Aluminium-26 dan Titanium-44, yang dihasilkan sendiri dalam supernova baru-baru ini (ingat, para astronom memanggil bahkan 10 juta tahun yang lalu 'terkini')
- namun, terdapat lebih banyak positron yang dimusnahkan di Bengkak Bima Sakti daripada cakera, dengan faktor lima
- nampaknya tidak ada sumber 'titik'.
Sudah tentu, bagi seorang saintis INTEGRAL, sumber 'point' tidak mempunyai arti yang sama seperti yang dilakukan oleh ahli astronomi amatur! Penglihatan sinar gamma di garis positronium sangat kabur, objek yang bersilang enam bulan (3?) Akan kelihatan seperti 'titik'! Walaupun demikian, Kn? Dlseder dan pasukan astrofiziknya dapat mengatakan bahawa "tidak ada sumber yang kami cari menunjukkan aliran 511 keV yang ketara"; 40 ‘suspek biasa’ ini termasuk pulsar, quasar, lubang hitam, sisa-sisa supernova, kawasan pembentuk bintang, gugusan galaksi kaya, galaksi satelit, dan blazar. Tetapi, mereka masih melihat, “Kami memang [merancang,] mendedikasikan pemerhatian INTEGRAL terhadap suspek biasa, seperti supernova Type Ia (SN1006, Tycho), dan LMXB (Cen X-4) yang mungkin dapat membantu menyelesaikan masalah ini . "
Oleh itu, dari mana datangnya 15 bilion tan positron yang dimusnahkan setiap saat dalam bonjolan? "Bagi saya, perkara terpenting mengenai pemusnahan positron adalah bahawa sumber utamanya masih menjadi misteri," kata Kn? Dlseder. "Kami dapat menjelaskan pelepasan samar dari cakera dengan peluruhan Aluminium-26, tetapi sebagian besar positron terletak di wilayah tonjolan Galaxy, dan kami tidak mempunyai sumber yang dapat dengan mudah menjelaskan semua ciri pemerhatian. Khususnya, jika anda membandingkan langit 511 keV dengan langit yang diperhatikan pada panjang gelombang lain, anda menyedari bahawa langit 511 keV adalah unik! Tidak ada langit lain yang menyerupai apa yang kita amati. "
Pasukan INTEGRAL merasa mereka dapat mengesampingkan interaksi bintang, kolar, pulsar, atau sinar kosmik yang besar, kerana jika ini adalah sumber positron bonjolan, maka cakera akan jauh lebih terang dalam cahaya 511 keV.
Posititron tonjolan mungkin berasal dari binari sinar-X berjisim rendah, novae klasik, atau supernova Jenis 1a, melalui pelbagai proses. Tantangan dalam setiap kes adalah untuk memahami bagaimana positron yang dihasilkan oleh ini dapat bertahan cukup lama selepas itu dan cukup jauh dari tempat kelahiran mereka.
Bagaimana dengan tali kosmik? Walaupun kertas Tanmay Vachaspati baru-baru ini yang mencadangkan ini sebagai sumber kemungkinan positron bonjol keluar baru-baru ini untuk Kn? Dlseder et al. untuk mempertimbangkan kertas mereka, "Namun bagi saya tidak jelas bahawa kita mempunyai kekangan pemerhatian yang cukup untuk menyatakan bahawa rentetan kosmik membuat 511 keV; kita bahkan tidak tahu sama ada rentetan kosmik ada. Seseorang memerlukan ciri unik tali kosmik yang tidak termasuk semua sumber lain, dan hari ini saya rasa kita jauh dari ini. ”
Mungkin yang paling menggembirakan, positron mungkin berasal dari pemusnahan zarah zat gelap berjisim rendah dan anti zarahnya, atau sebagai Kn? Dlseder et al. meletakkannya sebagai "pemadaman cahaya gelap (1-100 MeV), seperti yang disarankan oleh Boehm et al baru-baru ini. (2004), mungkin sumber calon positron galaksi yang paling eksotik tetapi juga paling menarik. " Bahan gelap lebih eksotik daripada positronium; benda gelap bukan anti-jirim, dan tidak ada yang dapat menangkapnya, apatah lagi mempelajarinya di makmal. Ahli astronomi berpendapat bahawa ia ada di mana-mana dan menjejaki sifatnya adalah salah satu topik terpanas di kedua astrofizik dan fizik zarah. Sekiranya berbilion tan per detik positron yang dimusnahkan dalam tonjolan Bima Sakti tidak mungkin berasal dari novae klasik atau termonuklear supernova, maka mungkin masalah gelap lama yang baik harus dipersalahkan.
