Za pomocą Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra astronomowie zobrazowali wiązkę materii i antymaterii o długości 40 bilionów kilometrów. Ta rekordowa wiązka jest zasilana przez pulsar, czyli szybko rotującą gwiazdę o silnym polu magnetycznym.
Dzięki swojej ogromnej skali wiązka ta może pomóc w wyjaśnieniu zaskakująco dużej liczby pozytonów w całej galaktyce Drogi Mlecznej.
Astronomowie po raz pierwszy odkryli wiązkę (włókno) w 2020 roku, ale nie znali jego pełnej długości, ponieważ rozciągała się ona poza krawędź zasięgu detektora Chandra. Nowe obserwacje wykonane w obserwatorium Chandra przez tę samą parę badaczy w lutym i listopadzie 2021 roku pokazują, że włókno jest około trzy razy dłuższe, niż pierwotnie widziano – rozciąga się na około połowę średnicy tarczy Księżyca w pełni, co czyni je najdłuższym włóknem pochodzącym od pulsara widzianego z Ziemi.
To niesamowite, że pulsar, który ma zaledwie 16 kilometrów średnicy, może stworzyć strukturę tak dużą, że możemy ją zobaczyć z odległości tysięcy lat świetlnych – powiedział Martijn de Vries z Uniwersytetu Stanforda w Palo Alto w Kalifornii, który kierował badaniami.
Pulsar nosi nazwę PSR J2030+4415, znajduje się około 1600 lat świetlnych od Ziemi i obraca się około trzech razy na sekundę.
Odkrycie to może przynieść nowe spojrzenie na źródło antymaterii w Drodze Mlecznej, która jest podobna do zwykłej materii, ale jej ładunki elektryczne są odwrócone – np. pozyton jest dodatnio naładowanym odpowiednikiem elektronu.
Ogromna większość Wszechświata składa się ze zwykłej materii, a nie z antymaterii. Naukowcy wciąż jednak znajdują dowody na występowanie stosunkowo dużej liczby pozytonów w detektorach na Ziemi, co prowadzi do pytania: jakie są możliwe źródła tej antymaterii?
Naukowcy uważają, że pulsary takie jak PSR J2030+4415 mogą być jedną z odpowiedzi. Połączenie dwóch skrajnych zjawisk – szybkiej rotacji i wysokich pól magnetycznych pulsarów – prowadzi do przyspieszenia cząstek i emisji wysokoenergetycznego promieniowania, które tworzy pary elektronów i pozytonów. Zwykły proces zmiany masy w energię, znany z równania Einsteina E = mc2, ulega odwróceniu i energia zmienia się w masę.
Pulsar może wypuszczać te pozytony do Galaktyki. Generuje wiatry naładowanych cząstek, które zazwyczaj są zamknięte w potężnych polach magnetycznych takich ciał niebieskich. Pulsar porusza się w przestrzeni międzygwiazdowej z prędkością około 1,5 miliona kilometrów na godzinę, a wiatr ciągnie się za nim. Przed pulsarem przesuwa się łukowaty szok gazowy, podobny do spiętrzenia wody przed płynącą łodzią. Jednak wydaje się, że około 20–30 lat temu ruch uderzenia dziobowego zatrzymał się, a pulsar dogonił go, co spowodowało oddziaływanie z międzygwiezdnym polem magnetycznym biegnącym niemal w linii prostej od lewej do prawej.
To prawdopodobnie wywołało wyciek cząstek – powiedział współautor pracy Roger Romani, również ze Stanford. Pole magnetyczne wiatru pulsara połączyło się z międzygwiazdowym polem magnetycznym, a wysokoenergetyczne elektrony i pozytony wyleciały przez dyszę utworzoną przez połączenie.
Gdy cząstki poruszały się wzdłuż linii międzygwiezdnego pola magnetycznego z prędkością około ⅓ prędkości światła, oświetlały je promieniami rentgenowskimi. W ten sposób powstało drugie włókno widziane przez Chandra.
Wcześniej astronomowie zaobserwowali w promieniowaniu gamma duże halo wokół pobliskich pulsarów, co sugeruje, że energetyczne pozytony mają trudność z wydostaniem się na zewnątrz Galaktyki. To podważa tezę, że pulsary wyjaśniają nadmiar pozytonów wykrytych przez naukowców. Jednak niedawno odkryte włókna pulsarów takich jak PSR J2030+4415 pokazują, że cząstki rzeczywiście mogą uciekać w przestrzeń międzygwiezdną i w końcu dotrzeć do Ziemi.
Źródło: Chandra
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
Na ilustracji: Zdjęcie włókna materii i antymaterii rozciągającego się od stosunkowo niedużego pulsara. Olbrzymia skala tej wiązki może pomóc w wyjaśnieniu zaskakująco dużej liczby pozytonów wykrytych w całej Drodze Mlecznej. Źródło: Obraz rentgenowski: NASA/CXC/Stanford Univ./M. de Vries; obraz optyczny: NSF/AURA/Gemini Consortium
