Các nhà thiên văn học đã quan sát một pulsar gần đó với một quầng sáng kỳ lạ xung quanh nó. Pulsar đó có thể trả lời một câu hỏi khiến các nhà thiên văn học bối rối trong một thời gian. Pulsar được đặt tên là Geminga, và nó là một trong những pulsar gần nhất với Trái đất, cách chòm sao Song Tử khoảng 800 năm ánh sáng. Không chỉ ở gần Trái đất, mà Geminga còn rất sáng trong các tia gamma.
Rõ ràng, vầng hào quang là vô hình trước mắt chúng ta, rõ ràng, vì nó ở các bước sóng gamma. (Kính viễn vọng không gian tia Gamma của NASA Fermi đã phát hiện ra nó.) Nhưng nó có kích thước lớn, bao phủ toàn bộ bầu trời với 40 Moons đầy đủ.
Quầng sáng có thể chịu trách nhiệm cho một số hoạt động trong khu phố của chúng ta: có một lượng lớn vật chất gần Trái đất và sự hiện diện của nó đã khiến các nhà khoa học bối rối trong một thập kỷ.
Mattia Di Mauro, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Công giáo Hoa Kỳ ở Washington và NASA của NASA cho biết Trung tâm bay ở Greenbelt, Maryland. Đây là những positron, phiên bản phản vật chất của các electron, đến từ một nơi nào đó ngoài hệ mặt trời.
Một pulsar là tàn dư của một ngôi sao to lớn mà siêu sao đã biến thành siêu tân tinh. Geminga là kết quả của vụ nổ siêu tân tinh khoảng 300.000 năm trước trong chòm sao Song Tử. Nó có một ngôi sao neutron quay được định hướng theo một cách nhất định hướng về Trái đất, để năng lượng của nó hướng về phía chúng ta như một ngọn hải đăng đang quét.
Một pulsar được bao quanh một cách tự nhiên bởi một đám mây gồm cả electron và positron. Đó là vì một ngôi sao neutron có trường điện từ cực mạnh, mạnh nhất trong số các vật thể đã biết. Trường siêu mạnh kéo các hạt từ bề mặt pulsar, và tăng tốc chúng lên gần tốc độ ánh sáng.
Những hạt chuyển động nhanh này, bao gồm các electron và các đối tác chống vật chất của chúng, positron, là các tia vũ trụ. Vì các tia vũ trụ mang điện tích, chúng phải chịu tác động của từ trường. Vì vậy, vào thời điểm các tia vũ trụ tới Trái đất, các nhà thiên văn học có thể xác định chính xác nguồn của chúng.
Trong thập kỷ qua hoặc lâu hơn, các đài quan sát và thí nghiệm khác nhau đã phát hiện ra nhiều positron năng lượng cao trong vùng lân cận của chúng tôi hơn dự kiến. Kính viễn vọng không gian tia gamma của NASA Fermi, Máy quang phổ từ tính NASA Alpha Alpha và các thí nghiệm khác đều đã phát hiện ra chúng. Các nhà khoa học dự kiến rằng các pulsar gần đó, bao gồm Geminga, là nguồn gốc. Nhưng do cách các positron bị ảnh hưởng bởi từ trường, nó không thể được chứng minh.
Cho đến năm 2017.
Vào năm đó, Đài quan sát tia Gamma Cherenkov Gamma (HAWC) đã xác nhận những gì một số phát hiện trên mặt đất đã tìm thấy: một quầng sáng tia gamma nhỏ nhưng dữ dội xung quanh Geminga. HAWC đã phát hiện các năng lượng trong cấu trúc hào quang của 5 - 40 TeV, hoặc Tera-electron Volts. Ánh sáng đó với năng lượng gấp hàng nghìn tỷ lần so với mắt chúng ta có thể nhìn thấy.
Ban đầu, các nhà khoa học nghĩ rằng quầng năng lượng cao là do các electron và positron gia tốc va chạm với ánh sao, sẽ tăng năng lượng và làm cho chúng siêu sáng. Khi một hạt tích điện chuyển một phần năng lượng của nó sang một photon, thì đó gọi là tán xạ Inverse-Compton.
Nhưng nhóm sử dụng HAWC để quan sát Geminga và vầng hào quang của nó đã đi đến kết luận: những positron năng lượng cao đó sẽ hiếm khi đến Trái đất, dựa trên kích thước của quầng sáng. Vì vậy, đã có một lời giải thích khác cho sự phong phú của positron gần Trái đất.
Các nhà khoa học nghiên cứu sự hiện diện của positron gần Trái đất đã không vượt qua các pulsar ngoài danh sách của họ. Và như một pulsar gần gũi và tươi sáng, Geminga vẫn thu hút sự chú ý của họ.
Mattia Di Mauro đã lãnh đạo một nhóm nhỏ các nhà khoa học nghiên cứu dữ liệu Geminga trong một thập kỷ từ Kính viễn vọng khu vực lớn Fermi lao (LAT.) LAT quan sát ánh sáng năng lượng thấp hơn HAWC. Di Mauro là tác giả chính của một nghiên cứu mới trình bày những phát hiện này. Nghiên cứu có tiêu đề Phát hiện ra một vầng hào quang xung quanh Geminga với dữ liệu Fermi-LAT và ý nghĩa đối với thông lượng positron. Bài viết được công bố trên Tạp chí Vật lý.
Một trong những đồng tác giả của tờ giấy là Silvia Manconi, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học RWTH Aachen ở Đức. Trong một thông cáo báo chí, Manconi cho biết, Để nghiên cứu quầng sáng, chúng tôi đã 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 10 mô hình phát xạ giữa các vì sao khác nhau.
Khi nhóm nghiên cứu trừ tất cả các nguồn tia gamma khác trên bầu trời, dữ liệu đã tiết lộ một cấu trúc hình thuôn rộng lớn; một vầng hào quang xung quanh Geminga. Cấu trúc năng lượng cao bao phủ 20 độ trên bầu trời ở mức 20 tỷ volt, và một khu vực thậm chí còn lớn hơn ở mức năng lượng thấp hơn.
Đồng tác giả nghiên cứu Fiorenza Donato đến từ Viện Vật lý hạt nhân quốc gia Ý và Đại học Turin. Trong thông cáo báo chí, Donato cho biết, các hạt năng lượng thấp hơn đi xa hơn từ pulsar trước khi chúng chạy vào ánh sáng sao, truyền một phần năng lượng của chúng vào nó và tăng ánh sáng cho tia gamma. Đây là lý do tại sao phát xạ tia gamma bao phủ một khu vực lớn hơn ở mức năng lượng thấp hơn, theo Don Donato giải thích. Ngoài ra, quầng sáng Geminga được kéo dài một phần là do chuyển động xung của vũ trụ trong không gian.
Nhóm nghiên cứu đã so sánh dữ liệu LAT với dữ liệu HAWC và kết luận rằng các bộ dữ liệu khớp với nhau. Họ cũng phát hiện ra rằng Geminga gần đó có thể chịu trách nhiệm tới 20% các positron năng lượng cao mà thí nghiệm AMS-02 quan sát được. Ngoại suy từ đó đến tất cả các phát xạ xung tích lũy trong Dải Ngân hà, nhóm nghiên cứu nói rằng các pulsar vẫn là lời giải thích tốt nhất cho bí ẩn ban đầu: nguồn gốc của tất cả các positron gần Trái đất.
Công việc của chúng tôi cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu các nguồn riêng lẻ để dự đoán cách chúng đóng góp vào các tia vũ trụ, ông Di Di Mauro nói. 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.
Hơn:
- Thông cáo báo chí: Nhiệm vụ của NASA Fermi Liên kết Pulsar băng Gamma gần đó ‘Halo triệt để Câu đố phản vật chất
- Tài liệu nghiên cứu: Phát hiện vầng hào quang xung quanh Geminga với dữ liệu Fermi-LAT và ý nghĩa đối với thông lượng positron
- Wikipedia: Compton tán xạ
