Promieniowanie gamma to fotony o najwyższej energii, pochodzące z najbardziej ekstremalnych środowisk we Wszechświecie. Chociaż wykryto wiele źródeł promieniowania gamma w Drodze Mlecznej i poza nią, natura emisji tego promieniowania z galaktyki Andromedy pozostaje tajemnicą.
Fotony te pochodzą rzecz jasna z najbardziej ekstremalnych środowisk we Wszechświecie, takich jak pulsary, aktywne jądra galaktyk (AGN), supernowe, a potencjalnie nawet ciemna materia. Chociaż wykryto wiele źródeł promieniowania gamma zarówno w Drodze Mlecznej, jak i poza nią, natura emisji promieniowania gamma z naszej najbliższej sąsiedniej galaktyki, Andromedy (M31), pozostaje do pewnego stopnia tajemnicą. Fermi-LAT to kosmiczne obserwatorium, które od 2008 roku bada niebo w poszukiwaniu wysokoenergetycznego promieniowania gamma. Wiele grup naukowców przeanalizowało te dane, a więcej danych daje lepszy wgląd w to, co emituje to promieniowania.
Do czasu opublikowania artykułu wyglądało na to, że promieniowanie gamma z Andromedy pochodzi z obiektu przypominającego kształtem kroplę (zwanego emisją rozproszoną) w centrum galaktyki. Było to szczególnie ekscytujące, ponieważ rozszerzona struktura w tej emisji promieniowania gamma często sugeruje albo rozkład promieniowania kosmicznego, albo obecność masywnego halo ciemnej materii.
Promienie kosmiczne to przede wszystkim naładowane cząsteczki, które poruszają się we Wszechświecie z prędkościami relatywistycznymi, ale łatwo ulegają zmianie w wyniku oddziaływania pól magnetycznych, co bardzo utrudnia śledzenie z Ziemi ich pochodzenia. Na szczęście, ponieważ istnieją procesy, które wytwarzają promieniowanie gamma z naładowanych cząstek (procesy hadronowe), identyfikacja obszarów rozszerzonego promieniowania gamma pozwala prześledzić obszary, w których populacje promieniowania kosmicznego oddziałują z otaczającym środowiskiem. Z drugiej strony skupiska masywnej ciemnej materii znajdujące się w centrum Andromedy mogą ulec rozpadowi lub anihilacji, wytwarzając w tym procesie promieniowanie gamma.
Ponowna analiza danych z 14 lat pracy obserwatorium Fermi-LAT przeprowadzona przez autorów omawianej pracy ujawniła, że emisja promieniowania gamma nie jest wcale rozległa – wydaje się ograniczona do dwóch źródeł punktowych: jednego znajdującego się w samym centrum galaktyki i drugiego oddalone o ok. 6 kiloparseków na południowy wschód. Stało się to widoczne dopiero wtedy, gdy autorzy wycięli promienie gamma o najniższej energii, które nadal sprawia, że dane wydają się mniej lub bardziej rozszerzone, gdy jest ono uwzględnione. Jeszcze bardziej interesujące jest to, że autorzy odkryli, że oba te regiony są znacznie jaśniejsze niż oczekiwano, w porównaniu do emisji promieniowania gamma centrum naszej własnej Galaktyki.
Ten nowy obraz promieniowania gamma z Andromedy bardzo zmienia nasze rozumienie tej galaktyki. Nie jest już prawdopodobne, że centralny gorący punkt promieniowania gamma Andromedy pochodzi z halo ciemnej materii lub rozkładu promieniowania kosmicznego, więc autorzy przyjrzeli się centrum galaktycznemu Drogi Mlecznej, aby dowiedzieć się, jakiego rodzaju obiekty mogą być odpowiedzialne za emisję promieniowania. Jedną z ważniejszych teorii dotyczących promieniowania w naszym własnym galaktycznym centrum jest pulsacja starych obiektów, takich jak pulsary milisekundowe. Jednak w przypadku Andromedy potrzebnych byłoby co najmniej 15 tysięcy takich pulsarów, aby spowodować szczególnie jasną emisję promieniowania gamma. Chociaż nadal nie jest pewne, czy centrum Andromedy może pomieścić tak ogromną liczbę pulsarów milisekundowych, w centrum Drogi Mlecznej wykryto jak dotąd tylko około 200 takich pulsarów, więc to wyjaśnienie wydaje się mało prawdopodobne.
Autorzy zbadali również południowo-wschodnie źródło, które ujawnili w nowej analizie. Ponieważ galaktyki znajdują się dość daleko od siebie, szansa na przypadkowe znalezienie dwóch lub więcej galaktyk wokół centralnego i południowo-wschodniego źródła wynosi tylko 0,4%. Oznacza to, że emisja najprawdopodobniej pochodzi z wnętrza Andromedy. Źródło znajdujące się poza centrum ma prawie dokładnie taką samą jasność, jak centralne źródło Andromedy (co samo w sobie jest osobliwe), co prowadzi do tego samego problemu z identyfikacją źródeł zdolnych do tak jasnej emisji. Po przejrzeniu rezultatów badań rentgenowskich i optycznych autorzy ustalili, że nie ma dobrych odpowiedników tego regionu również w innych długościach fal. Nawet jeżeli weźmie się pod uwagę niskie prawdopodobieństwo, że jest to pozagalaktyczne źródło za Andromedą, nie ma znanych odpowiedników w obszarze nieba, w którym znajduje się ten gorący punkt.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- A New Look at Gamma-Rays From Our Galaxy’s Next-Door Neighbour
- On the Gamma-Ray Emission of the Andromeda Galaxy M31
Źródło: Astrobite
Na ilustracji: Galaktyka Andromedy. Źródło: Astrobite
