Γεννήθηκαν «δίδυμα» στο διάστημα από κατάρρευση πάλσαρ σε μέγεθος πόλης

Την πλήρη έκταση μιας δέσμης ύλης και αντιύλης που δημιουργήθηκε από την κατάρρευση ενός πάλσαρ σε μέγεθος μιας πόλης, αποκάλυψε το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων Χ Chandra της NASA.  Το «νήμα» που εκτείνεται σε απόσταση τρισεκατομμυρίων μιλίων θα μπορούσε να βοηθήσει στην ερμηνεία της εμφάνισης των ποζιτρονίων που ανιχνεύονται σε όλο τον Γαλαξία μας.

Υπενθυμίζεται ότι τα ποζιτρόνια (ή αντι-ηλεκτρόνια) είναι το αντίστοιχο σωματίδιο αντιύλης του ηλεκτρονίου. Όταν τα φωτόνια έχουν ενέργεια μεγαλύτερη από 1,022 MeV, τότε παρουσία ύλης, μπορούν να μετατραπούν σε ζεύγη ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων.

Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται δίδυμη γένεση.

Τα δεδομένα από το Παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra της NASA αποκάλυψαν την πλήρη έκταση αυτής της δέσμης ή νήματος.

Αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε να βοηθήσει στην εξήγηση της παρουσίας ποζιτρονίων που ανιχνεύθηκαν σε όλο τον γαλαξία του Γαλαξία και εδώ στη Γη.

Τα ποζιτρόνια και η ιλιγγιώδη ταχύτητα του πάλσαρ

H εικόνα από το Παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra της NASA και τα επίγεια οπτικά τηλεσκόπια δείχνoυν μια εξαιρετικά μεγάλη δέσμη, ή νήμα, ύλης και αντιύλης που εκτείνεται από ένα σχετικά μικροσκοπικό πάλσαρ, όπως αναφέρεται στο τελευταίο μας δελτίο τύπου. Με την τεράστια κλίμακα της, αυτή η δέσμη μπορεί να βοηθήσει στην εξήγηση του εκπληκτικά μεγάλου αριθμού ποζιτρονίων, των αντίστοιχων αντιύλης των ηλεκτρονίων, που οι επιστήμονες έχουν εντοπίσει σε όλο τον γαλαξία του Γαλαξία.

Ο πίνακας στα αριστερά εμφανίζει περίπου το ένα τρίτο του μήκους της δέσμης από το πάλσαρ γνωστό ως PSR J2030+4415 (J2030 για συντομία), το οποίο βρίσκεται περίπου 1.600 έτη φωτός από τη Γη. Το J2030 είναι ένα πυκνό αντικείμενο μεγέθους πόλης που σχηματίστηκε από την κατάρρευση ενός τεράστιου άστρου και σήμερα περιστρέφεται περίπου τρεις φορές το δευτερόλεπτο.

Οι ακτίνες Χ από το Chandra (μπλε) δείχνουν τα σωματίδια που ρέουν από το πάλσαρ κατά μήκος των γραμμών του μαγνητικού πεδίου κινούνται με περίπου το ένα τρίτο της ταχύτητας του φωτός. Μια κοντινή όψη του πάλσαρ στο δεξί πλαίσιο δείχνει τις ακτίνες Χ που δημιουργούνται από σωματίδια που πετούν γύρω από το ίδιο το πάλσαρ.

Καθώς το πάλσαρ κινείται στο διάστημα με περίπου ένα εκατομμύριο μίλια την ώρα, μερικά από αυτά τα σωματίδια διαφεύγουν και δημιουργούν το μακρύ νήμα. Και στις δύο εικόνες, εμφανίζονται με κόκκινο, καφέ και μαύρο χρώμα.

Η ύλη του Σύμπαντος

Η συντριπτική πλειοψηφία του Σύμπαντος αποτελείται από συνηθισμένη ύλη και όχι από αντιύλη. Οι επιστήμονες, ωστόσο, συνεχίζουν να βρίσκουν στοιχεία για σχετικά μεγάλους αριθμούς ποζιτρονίων σε ανιχνευτές στη Γη, γεγονός που οδηγεί στο ερώτημα: ποιες είναι οι πιθανές πηγές αυτής της αντιύλης;

Οι ερευνητές στη νέα μελέτη Chandra του J2030 πιστεύουν ότι τα πάλσαρ όπως αυτό μπορεί να είναι μια απάντηση. Ο συνδυασμός δύο άκρων – γρήγορη περιστροφή και υψηλά μαγνητικά πεδία πάλσαρ – οδηγεί σε επιτάχυνση σωματιδίων και ακτινοβολία υψηλής ενέργειας που δημιουργεί ζεύγη ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων. (Η συνήθης διαδικασία μετατροπής της μάζας σε ενέργεια που προσδιορίζεται περίφημα από την εξίσωση E = mc2 του Αϊνστάιν αντιστρέφεται και η ενέργεια μετατρέπεται σε μάζα.)

Τα πάλσαρ δημιουργούν ανέμους φορτισμένων σωματιδίων που συνήθως περιορίζονται στα ισχυρά μαγνητικά τους πεδία. Το πάλσαρ ταξιδεύει μέσω του διαστρικού χώρου με περίπου μισό εκατομμύριο μίλια την ώρα, με τον άνεμο να ακολουθεί πίσω του.

Η σύγκρουση που ακολούθησε πιθανότατα προκάλεσε διαρροή σωματιδίων, όπου το μαγνητικό πεδίο του ανέμου πάλσαρ συνδέθηκε με το διαστρικό μαγνητικό πεδίο. Ως αποτέλεσμα, τα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια υψηλής ενέργειας θα μπορούσαν να έχουν εκτοξευθεί μέσω ενός “μπεκ” που σχηματίστηκε από τη σύνδεση στον Γαλαξία.

Προηγουμένως, οι αστρονόμοι είχαν παρατηρήσει μεγάλα φωτοστέφανα γύρω από κοντινά πάλσαρ σε φως ακτίνων γάμμα που υποδηλώνουν ότι τα ενεργητικά ποζιτρόνια γενικά έχουν δυσκολία να διαρρεύσουν έξω στον Γαλαξία.

Νήματα πάλσαρ που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα, όπως το J2030, δείχνουν ότι τα σωματίδια μπορούν να διαφύγουν στο διαστρικό διάστημα
και τελικά να φτάσουν στη Γη.

Μια εργασία που περιγράφει αυτά τα αποτελέσματα, που συντάχθηκε από τους Martjin de Vries και Roger Romani του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ, θα δημοσιευτεί στο The Astrophysical Journal, ενώ είναι ήδη διαθέσιμη στο διαδίκτυο.