Ahli astronomi telah memerhatikan pulsar berdekatan dengan lingkaran cahaya aneh di sekitarnya. Pulsar itu mungkin menjawab soalan yang dibingungkan oleh para astronom selama beberapa waktu. Pulsar bernama Geminga, dan ini adalah salah satu pulsar terdekat ke Bumi, sekitar 800 tahun cahaya di buruj Gemini. Bukan hanya dekat dengan Bumi, tetapi Geminga juga sangat terang di sinar gamma.
Halo itu sendiri tidak dapat dilihat oleh mata kita, kerana ia berada di panjang gelombang gamma. (Teleskop Angkasa Fermi Gamma-ray NASA menjumpainya.) Tetapi besar, meliputi langit sebanyak 40 Bulan yang penuh.
Halo mungkin bertanggungjawab untuk beberapa hal yang berlaku di kawasan kejiranan kita sendiri: terdapat banyak anti-materi di dekat Bumi, dan kehadirannya telah membingungkan para saintis selama satu dekad.
"Analisis kami menunjukkan bahawa pulsar yang sama ini dapat bertanggung jawab untuk teka-teki selama satu dekad tentang mengapa satu jenis zarah kosmik sangat banyak terdapat di dekat Bumi," kata Mattia Di Mauro, ahli astrofizik di Universiti Katolik Amerika di Washington dan Goddard Space NASA Pusat Penerbangan di Greenbelt, Maryland. "Ini adalah positron, elektron antimateri, yang berasal dari suatu tempat di luar sistem suria."
Pulsar adalah sisa bintang besar yang hilang supernova. Geminga adalah hasil letupan supernova kira-kira 300,000 tahun yang lalu di buruj Gemini. Ini adalah bintang neutron berputar yang berorientasi pada arah tertentu ke Bumi, sehingga tenaganya diarahkan ke arah kita seperti rumah api yang menyapu.
Pulsar secara semula jadi dikelilingi oleh awan elektron dan positron. Itu kerana bintang neutron mempunyai medan elektromagnetik yang kuat, yang paling kuat dari objek yang diketahui. Medan super kuat menarik zarah-zarah dari permukaan pulsar, dan mempercepatnya ke arah kelajuan cahaya.
Zarah-zarah yang bergerak pantas ini, termasuk elektron dan rakan sejawatnya, positron, adalah sinar kosmik. Oleh kerana sinar kosmik membawa cas elektrik, mereka terkena kesan medan magnet. Oleh itu, ketika sinar kosmik sampai di Bumi, para astronom tidak dapat menentukan sumbernya.
Selama satu dekad yang lalu, pemerhatian dan eksperimen yang berbeza telah mengesan positron berenergi tinggi di sekitar kita daripada yang dijangkakan. Teleskop Angkasa Fermi Gamma-ray NASA, Spektrometer Magnetik Alpha NASA, dan eksperimen lain semuanya mengesannya. Para saintis menjangkakan bahawa pulsar berdekatan, termasuk Geminga, adalah sumbernya. Tetapi kerana cara positron tersebut dipengaruhi oleh medan magnet, itu tidak dapat dibuktikan.
Sehingga 2017.
Pada tahun itu, Observatori sinar-Gamma-sinar Cherenkov Air Tinggi-Tinggi (HAWC) mengesahkan apa yang telah dijumpai oleh beberapa pengesanan di darat: lingkaran cahaya gamma kecil tetapi kuat di sekitar Geminga. HAWC mengesan tenaga dalam struktur lingkaran 5 - 40 TeV, atau Tera-elektron Volt. Itu cahaya dengan triliunan kali lebih banyak tenaga daripada yang dapat dilihat oleh mata kita.
Pada mulanya, saintis berpendapat bahawa halo tenaga tinggi disebabkan oleh elektron dipercepat dan positron bertabrakan dengan cahaya bintang, yang akan meningkatkan tenaga mereka dan menjadikannya sangat terang. Apabila zarah bermuatan memindahkan sebahagian energinya ke foton, itulah yang disebut penyebaran Inverse-Compton.
Tetapi pasukan yang menggunakan HAWC untuk memerhatikan Geminga dan lingkarannya sampai pada kesimpulan: positron bertenaga tinggi itu jarang akan sampai ke Bumi, berdasarkan ukuran lingkaran tersebut. Jadi mesti ada penjelasan lain untuk kelimpahan positron di dekat Bumi.
Para saintis yang mengkaji kehadiran positron di dekat Bumi belum menyeberang pulsar dari senarai mereka. Dan sebagai pulsar yang dekat dan terang, Geminga masih menarik minat mereka.
Mattia Di Mauro mengetuai sekumpulan kecil saintis yang mempelajari data Geminga sedekad dari Teleskop Kawasan Besar Fermi (LAT.) LAT memerhatikan cahaya tenaga yang lebih rendah daripada yang dilakukan oleh HAWC. Di Mauro adalah pengarang utama kajian baru yang membentangkan penemuan ini. Kajian ini bertajuk "Pengesanan lingkaran sinar-X di sekitar Geminga dengan data Fermi-LAT dan implikasi terhadap aliran positron." Makalah ini diterbitkan dalam Kajian Fizik.
Salah satu penulis bersama makalah tersebut ialah Silvia Manconi, seorang penyelidik pasca doktoral di RWTH Aachen University di Jerman. Dalam siaran pers, Manconi mengatakan, “Untuk mempelajari lingkaran cahaya, kami harus mengurangi semua sumber sinar gamma lainnya, termasuk cahaya menyebar yang dihasilkan oleh pelanggaran sinar kosmik dengan awan gas antar bintang. Kami meneroka data menggunakan 10 model pelepasan antara bintang yang berbeza. "
Sebaik sahaja pasukan itu mengurangkan semua sumber sinar gamma lain di langit, data tersebut menunjukkan struktur bujur yang luas; lingkaran di sekitar Geminga. Struktur tenaga tinggi meliputi 20 darjah di langit pada 20 bilion volt elektron, dan kawasan yang lebih besar pada tenaga yang lebih rendah.
Pengarang bersama kajian Fiorenza Donato berasal dari Institut Fizik Nuklear Nasional Itali dan Universiti Turin. Dalam siaran pers, Donato mengatakan, "Partikel tenaga rendah bergerak jauh dari pulsar sebelum mereka mengalami cahaya bintang, memindahkan sebahagian tenaga mereka ke sana, dan meningkatkan cahaya ke sinar gamma. Inilah sebabnya mengapa pancaran sinar gamma merangkumi kawasan yang lebih besar pada tenaga yang lebih rendah, ”jelas Donato. "Juga, lingkaran Geminga memanjang sebahagiannya kerana pergerakan pulsar melalui ruang angkasa."
Pasukan membandingkan data LAT dengan data HAWC dan menyimpulkan bahawa set data sepadan. Mereka juga mendapati bahawa Geminga yang berdekatan dan terang dapat bertanggung jawab untuk sebanyak 20% positron bertenaga tinggi yang diperhatikan oleh eksperimen AMS-02. Berlebihan dari itu ke semua pelepasan pulsar kumulatif di Bima Sakti, pasukan mengatakan bahawa pulsar tetap menjadi penjelasan terbaik untuk misteri asal: sumber semua positron di dekat Bumi.
"Kerja kami menunjukkan pentingnya mempelajari sumber individu untuk meramalkan bagaimana mereka menyumbang kepada sinar kosmik," kata Di Mauro. "Ini adalah salah satu aspek dari bidang baru yang menarik yang disebut astronomi multimessenger, di mana kita mempelajari alam semesta menggunakan pelbagai isyarat, seperti sinar kosmik, selain cahaya."
Lagi:
- Siaran Akhbar: Misi Fermi NASA Menghubungkan Gamma-ray 'Halo' Pulsar ke Teka-teki Antimateri
- Kertas Penyelidikan: Pengesanan lingkaran sinar-X di sekitar Geminga dengan data Fermi-LAT dan implikasi terhadap aliran positron
- Wikipedia: Penyebaran Compton
