นักดาราศาสตร์ได้เฝ้าดูพัลซาร์ใกล้เคียงพร้อมรัศมีที่แปลกประหลาดอยู่รอบ ๆ พัลซาร์นั้นอาจตอบคำถามที่ทำให้นักดาราศาสตร์งงงวยมาระยะหนึ่ง พัลซาร์มีชื่อว่า Geminga และเป็นหนึ่งในพัลซาร์ที่ใกล้ที่สุดในโลกห่างจากกลุ่มดาวราศีเมถุนประมาณ 800 ปีแสง ไม่เพียง แต่จะอยู่ใกล้กับโลกเท่านั้น แต่ Geminga ยังมีความสว่างมากในรังสีแกมมา
เห็นได้ชัดว่ารัศมีนั้นมองไม่เห็นด้วยตาของเราเนื่องจากอยู่ในช่วงความยาวคลื่นแกมมา (กล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีแกมมาเฟอร์มีของนาซ่าค้นพบ) แต่มันใหญ่มากซึ่งครอบคลุมท้องฟ้ามากถึง 40 ดวงเต็มดวงจันทร์
รัศมีอาจมีความรับผิดชอบต่อพฤติกรรมบางอย่างในพื้นที่ใกล้เคียงของเรา: มีการต่อต้านวัตถุมากมายใกล้โลกและการมีอยู่ของมันทำให้นักวิทยาศาสตร์งงงวยมานานนับสิบปี
“ การวิเคราะห์ของเราแสดงให้เห็นว่าพัลซาร์ตัวเดียวกันนี้อาจเป็นตัวต่อปริศนานานนับสิบปีเกี่ยวกับสาเหตุที่อนุภาคของจักรวาลชนิดหนึ่งมีมากมายผิดปกติใกล้โลก” Mattia Di Mauro นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยคาทอลิกแห่งอเมริกาในวอชิงตันและพื้นที่ Goddard ของนาซ่ากล่าว ศูนย์การบินใน Greenbelt รัฐแมริแลนด์ “ นี่คือโพสิตรอนซึ่งเป็นเวอร์ชันแอนทายแมทเทอร์ของอิเล็กตรอนที่มาจากที่ไหนสักแห่งนอกระบบสุริยะ”
พัลซาร์เป็นส่วนที่เหลือของดาวมวลสูงที่หายไปจากซูเปอร์โนวา Geminga เป็นผลมาจากการระเบิดของซุปเปอร์โนวาเมื่อประมาณ 300,000 ปีก่อนในกลุ่มดาวราศีเมถุน มันเป็นดาวนิวตรอนที่หมุนได้ซึ่งมุ่งเน้นไปในทางหนึ่งเพื่อโลกดังนั้นพลังงานของมันจึงพุ่งตรงเข้าหาเราเหมือนประภาคารที่กวาด
พัลซาร์ล้อมรอบด้วยเมฆของอิเล็กตรอนและโพสิตรอน นั่นเป็นเพราะดาวนิวตรอนมีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แรงที่สุดซึ่งเป็นวัตถุที่รู้จักมากที่สุด สนามพลังพิเศษดึงอนุภาคจากพื้นผิวของพัลซาร์และเร่งให้ใกล้กับความเร็วแสง
อนุภาคที่เคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วเหล่านี้รวมถึงอิเล็กตรอนและโพสิตรอนคู่กันต่อต้านสสารนั้นเป็นรังสีคอสมิก เนื่องจากรังสีคอสมิกมีประจุไฟฟ้าพวกมันจึงขึ้นกับผลของสนามแม่เหล็ก ดังนั้นเมื่อรังสีคอสมิกมาถึงโลกนักดาราศาสตร์ไม่สามารถระบุแหล่งที่มาของพวกเขาได้
ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาหอสังเกตการณ์และการทดลองที่แตกต่างกันได้ตรวจพบโพสิตรอนพลังงานสูงในบริเวณใกล้เคียงมากกว่าที่เราคาดไว้ กล้องโทรทรรศน์อวกาศ Fma รังสีแกมมาของ Fermi, Alpha Magnetic Spectrometer ของ NASA และการทดลองอื่น ๆ ได้ตรวจพบทั้งหมด นักวิทยาศาสตร์คาดว่าพัลซาร์ใกล้เคียงรวมถึงเจมมิ่งกาเป็นแหล่งกำเนิด แต่เนื่องจากวิธีการที่โพสิตรอนได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กจึงไม่สามารถพิสูจน์ได้
จนถึงปี 2560
ในปีนั้นหอสังเกตการณ์แกมมา - เรย์น้ำระดับสูงเชเรนคอฟ (HAWC) ยืนยันสิ่งที่ตรวจพบจากการสำรวจภาคพื้นดิน: รังสีแกมมารัศมีขนาดเล็ก แต่เข้มข้นรอบ Geminga HAWC ตรวจจับพลังงานในโครงสร้างรัศมีของ 5 - 40 TeV หรือโวลต์ Tera-อิเล็กตรอน นั่นคือแสงสว่างที่มีพลังงานมากกว่าที่เราเห็นเป็นล้านล้านเท่า
ในขั้นต้นนักวิทยาศาสตร์คิดว่ารัศมีพลังงานสูงนั้นเกิดจากอิเล็กตรอนเร่งและโพซิตรอนชนกับแสงดาวซึ่งจะเพิ่มพลังงานและทำให้พวกมันสว่างมาก เมื่ออนุภาคที่มีประจุถ่ายโอนพลังงานบางส่วนไปยังโฟตอนนั่นเรียกว่าการกระจายของ Inverse-Compton
แต่ทีมใช้ HAWC ในการสังเกต Geminga และรัศมีของมันก็มาถึงข้อสรุป: โพสิตรอนพลังงานสูงเหล่านั้นแทบจะไม่ถึงโลกตามขนาดของรัศมี ดังนั้นจะต้องมีอีกคำอธิบายสำหรับความอุดมสมบูรณ์ของโพสิตรอนใกล้โลก
นักวิทยาศาสตร์ศึกษาการมีโพสิตรอนใกล้โลกยังไม่ได้ข้ามพัลซาร์ออกจากรายการ และในฐานะพัลซาร์ที่ใกล้และสว่างเจมมิ่งก้ายังคงดึงดูดความสนใจของพวกเขา
Mattia Di Mauro นำทีมนักวิทยาศาสตร์ขนาดเล็กศึกษาข้อมูล Geminga มูลค่าหนึ่งทศวรรษจากกล้องโทรทรรศน์พื้นที่ขนาดใหญ่ (LAT) ของ Fermi LAT สังเกตแสงที่มีพลังงานต่ำกว่า HAWC Di Mauro เป็นผู้เขียนหลักของการศึกษาใหม่ที่นำเสนอการค้นพบเหล่านี้ การศึกษานี้มีชื่อว่า“ การตรวจจับรัศมีรอบ ๆ Geminga ด้วยข้อมูล Fermi-LAT และผลกระทบของฟลักซ์โพสิตรอน” บทความนี้ตีพิมพ์ใน Physics Review
หนึ่งในผู้ร่วมเขียนบทความคือ Silvia Manconi นักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ RWTH Aachen University ในเยอรมนี ในการแถลงข่าว Manconi กล่าวว่า“ เพื่อศึกษารัศมีเราต้องลบแหล่งกำเนิดรังสีแกมม่าอื่นทั้งหมดออกไปรวมถึงแสงกระจายที่เกิดจากการชนของรังสีคอสมิกกับเมฆก๊าซระหว่างดวงดาว เราสำรวจข้อมูลโดยใช้โมเดลที่แตกต่างกัน 10 แบบของการปล่อยระหว่างดวงดาว”
เมื่อทีมลบแหล่งกำเนิดรังสีแกมม่าอื่นทั้งหมดบนท้องฟ้าข้อมูลก็เผยให้เห็นโครงสร้างที่เป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าขนาดใหญ่ รัศมีรอบ Geminga โครงสร้างพลังงานสูงครอบคลุม 20 องศาบนท้องฟ้าที่ระดับอิเล็กตรอน 20 พันล้านโวลต์และพื้นที่ที่ใหญ่กว่าที่ใช้พลังงานต่ำกว่า
การศึกษาผู้เขียนร่วม Fiorenza Donato มาจากสถาบันฟิสิกส์นิวเคลียร์แห่งชาติอิตาลีและมหาวิทยาลัยตูริน ในการแถลงข่าวโดนาโตกล่าวว่า“ อนุภาคพลังงานต่ำเดินทางไกลจากพัลซาร์ไกลออกไปมากก่อนที่พวกมันจะวิ่งสู่แสงดาวถ่ายโอนพลังงานบางส่วนไปยังมันและเพิ่มแสงเป็นรังสีแกมม่า นี่คือเหตุผลว่าทำไมการปล่อยรังสีแกมม่าครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ที่พลังงานต่ำกว่า” Donato อธิบาย “ นอกจากนี้รัศมีของ Geminga นั้นยืดออกไปส่วนหนึ่งเป็นเพราะการเคลื่อนที่ของพัลซาร์ผ่านอวกาศ”
ทีมเปรียบเทียบข้อมูล LAT กับข้อมูล HAWC และสรุปว่าชุดข้อมูลตรงกับ พวกเขายังพบว่า Geminga ที่อยู่ใกล้เคียงและสว่างสามารถรับผิดชอบโพซิตรอนพลังงานสูงได้มากถึง 20% ที่การทดลอง AMS-02 สังเกต การคาดการณ์จากนั้นถึงการปลดปล่อยพัลซาร์แบบสะสมทั้งหมดในทางช้างเผือกทีมกล่าวว่าพัลซาร์ยังคงเป็นคำอธิบายที่ดีที่สุดสำหรับความลึกลับดั้งเดิม: แหล่งกำเนิดของโพซิตรอนใกล้โลก
“ งานของเราแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการศึกษาแหล่งข้อมูลส่วนบุคคลเพื่อทำนายว่าพวกเขามีส่วนร่วมกับรังสีคอสมิกอย่างไร” Di Mauro กล่าว “ นี่เป็นด้านหนึ่งของสนามใหม่ที่น่าตื่นเต้นที่เรียกว่าดาราศาสตร์แบบหลายจุดซึ่งเราศึกษาจักรวาลโดยใช้สัญญาณหลายอย่างเช่นรังสีคอสมิกนอกเหนือจากแสง”
มากกว่า:
- ข่าวประชาสัมพันธ์: Fermi Mission Links ลิงค์ของ Gamma-ray ‘Halo’ สู่ Puzzle Antimatter Puzzle ของ Pulsar
- รายงานการวิจัย: การตรวจจับรัศมีรอบ ๆ Geminga ด้วยข้อมูล Fermi-LAT และผลกระทบของฟลักซ์โพสิตรอน
- Wikipedia: Compton Scattering
