Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Kính viễn vọng không gian tia gamma Fermi của NASA đã phát hiện ra một luồng ánh sáng năng lượng cao mờ nhạt nhưng trải dài xung quanh một xung gần đó. Nếu có thể nhìn thấy bằng mắt người, ‘vầng hào quang’ tia gamma này sẽ xuất hiện lớn hơn khoảng 40 lần trên bầu trời so với Trăng tròn.
Cấu trúc này có thể cung cấp giải pháp cho một bí ẩn lâu đời về lượng phản vật chất trong hành tinh của chúng ta.
Mattia Di Mauro, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Công giáo Hoa Kỳ ở Washington và NASA của NASA cho biết: “Đây là các positron, phiên bản phản vật chất của các electron đến từ một nơi nào đó ngoài hệ mặt trời.”
Một bài viết chi tiết về những phát hiện đã được công bố trên tạp chí Phys Review D vào ngày 17 tháng 12.
Một ngôi sao neutron là lõi bị nghiền nát bị bỏ lại khi một ngôi sao nặng hơn nhiều so với Mặt trời hết nhiên liệu, sụp đổ dưới trọng lượng của chính nó và phát nổ như một siêu tân tinh. Chúng ta thấy một số ngôi sao neutron như các pulsar, các vật thể quay nhanh phát ra các chùm ánh sáng, giống như một ngọn hải đăng, thường xuyên quét qua tầm nhìn của chúng ta.
Geminga (phát âm là geh-MING-ga) được phát hiện vào năm 1972 bởi Vệ tinh thiên văn nhỏ 2 của NASA là một trong những xung sáng nhất trong các tia gamma. Nó nằm cách chòm sao Song Tử khoảng 800 năm ánh sáng. Tên của Geminga vừa là một cách chơi trên cụm từ “Nguồn phát tia gamma của Song Tử” và cụm từ “nó không có ở đó” – ám chỉ các nhà thiên văn học không thể tìm thấy vật thể ở các năng lượng khác – theo phương ngữ của Milan, Ý.
Geminga cuối cùng đã được xác định vào tháng 3 năm 1991 khi các tia X nhấp nháy được nhận bởi nhiệm vụ ROSAT của Đức cho thấy nguồn phát ra là một pulsar quay 4.2 lần trong một giây.
Một pulsar tự nhiên bao quanh chính nó với một đám mây electron và positron. Điều này là do từ trường cực mạnh của sao neutron kéo các hạt từ bề mặt của pulsar và gia tốc chúng gần bằng tốc độ ánh sáng.
Electron và positron là một trong những hạt tốc độ được gọi là tia vũ trụ có nguồn gốc ngoài hệ mặt trời. Bởi vì các hạt tia vũ trụ mang điện tích, đường đi của chúng bị xáo trộn khi chúng gặp từ trường trên hành trình đến Trái đất. Điều này có nghĩa là các nhà thiên văn học không thể trực tiếp theo dõi chúng trở lại nguồn của chúng.
Trong thập kỷ qua, các phép đo tia vũ trụ của Fermi, Máy quang phổ từ tính Alpha (AMS-02) của NASA trên Trạm vũ trụ quốc tế và các thí nghiệm không gian khác gần Trái đất đã nhìn thấy nhiều positron ở năng lượng cao hơn các nhà khoa học mong đợi. Các pulsar gần đó như Geminga là nghi phạm chính.
Sau đó vào năm 2017, các nhà khoa học với Đài quan sát tia Gamma Cherenkov Gamma (HAWC) ở độ cao gần Puebla, Mexico đã xác nhận phát hiện trên mặt đất một vầng hào quang tia gamma nhỏ xung quanh Geminga. Họ đã quan sát cấu trúc này ở các mức năng lượng từ 5 đến 40 nghìn tỷ volt điện tử – ánh sáng với năng lượng gấp hàng nghìn tỷ lần so với mắt chúng ta có thể nhìn thấy.
Các nhà khoa học nghĩ rằng sự phát xạ này phát sinh khi các electron và positron gia tốc va chạm với ánh sáng sao gần đó. Sự va chạm giúp tăng ánh sáng lên năng lượng cao hơn nhiều. Dựa trên kích thước của quầng sáng, nhóm HAWC đã kết luận rằng các positron Geminga ở những năng lượng này chỉ hiếm khi chạm tới Trái đất. Nếu đúng, điều đó có nghĩa là sự dư thừa positron quan sát được phải có một lời giải thích kỳ lạ hơn.
Nhưng quan tâm đến một nguồn gốc xung vẫn tiếp tục và Geminga là phía trước cũng như trung tâm. Di Mauro đã dẫn đầu một phân tích về một thập kỷ dữ liệu tia gamma Geminga thu được từ Kính thiên văn Khu vực Lớn (LAT) của Fermi, quan sát ánh sáng năng lượng thấp hơn HAWC.
Đồng tác giả Silvia Manconi, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học RWTH Aachen, Đức, cho biết: “Để nghiên cứu quầng sáng, chúng tôi phải trừ đi tất cả các nguồn tia gamma khác, bao gồm cả ánh sáng khuếch tán được tạo ra bởi các vụ va chạm tia vũ trụ với các đám mây khí liên sao. Chúng tôi đã khám phá dữ liệu bằng cách sử dụng 10 mô hình phát xạ giữa các vì sao khác nhau.”
Những gì còn lại khi các nguồn này bị loại bỏ là một vầng sáng thuôn dài, rộng khoảng 20 độ trên bầu trời với năng lượng 10 tỷ volt điện tử (GeV). Nó tương tự như kích thước của mô hình ngôi sao Big Dipper nổi tiếng – và quầng sáng thậm chí còn lớn hơn ở những năng lượng thấp hơn.
Đồng tác giả Fiorenza Donato giải thích tại Viện Vật lý hạt nhân quốc gia Ý và Đại học Turin cho biết: “Các hạt năng lượng thấp di chuyển xa hơn từ pulsar trước khi chúng chạy vào ánh sáng sao, truyền một phần năng lượng của chúng cho nó và tăng ánh sáng cho tia gamma. Đây là lý do tại sao phát xạ tia gamma bao phủ một vùng lớn hơn ở năng lượng thấp hơn. Ngoài ra, quầng sáng của Geminga bị kéo dài một phần là do chuyển động của pulsar trong không gian.”
Nhóm nghiên cứu xác định rằng dữ liệu Fermi LAT tương thích với các quan sát HAWC trước đó. Chỉ riêng Geminga có thể chịu trách nhiệm tới 20% các positron năng lượng cao được thấy trong thí nghiệm AMS-02. Ngoại suy điều này thành phát xạ tích lũy từ tất cả các pulsar trong thiên hà của chúng ta, các nhà khoa học nói rằng rõ ràng rằng các pulsar vẫn là lời giải thích tốt nhất cho sự dư thừa positron.
Công việc của nhóm nghiên cứu chứng minh tầm quan trọng của việc nghiên cứu các nguồn riêng lẻ để dự đoán cách chúng đóng góp cho các tia vũ trụ. Đây là một khía cạnh của lĩnh vực mới thú vị được gọi là thiên văn học đa vũ trụ, nơi chúng ta nghiên cứu vũ trụ bằng nhiều tín hiệu giống như các tia vũ trụ ngoài ánh sáng.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi NASA / Goddard Space Flight Center . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :