天文学者達は奇妙な光輪が周囲にある近くのパルサーを見てきました。そのパルサーは、しばらくの間天文学者を困惑させる質問に答えるかもしれません。パルサーはGemingaという名前で、ジェミニ星座で約800光年離れた地球に最も近いパルサーの1つです。地球に近いだけでなく、ジェミンガはガンマ線でも非常に明るいです。
ハロー自体はガンマ波長なので、目には見えません。 （NASAのフェルミガンマ線宇宙望遠鏡が発見しました。）しかし、それは大きく、40の満月と同じくらいの空をカバーしています。
ハローは私たちの近所で起こっていることの原因であるかもしれません：地球の近くには反物質が豊富にあり、その存在は10年間科学者を困惑させてきました。
「私たちの分析は、この同じパルサーが、なぜあるタイプの宇宙粒子が地球の近くで異常に豊富であるかについての10年にわたる謎の原因である可能性があることを示唆しています」とワシントンのアメリカカトリック大学およびNASAのGoddard Spaceメリーランド州グリーンベルトのフライトセンター。 「これらは、陽電子、反物質バージョンの電子であり、太陽系の向こうから来ています。」
パルサーは、超新星がなくなった巨大な星の名残りです。ジェミンガは、約30万年前の星座ジェミニでの超新星爆発の結果です。これは回転する中性子星であり、地球に特定の方向を向いているため、そのエネルギーは、灯台のように私たちに向けられています。
パルサーは自然に電子と陽電子の両方の雲に囲まれています。これは、中性子星が既知の物体の中で最も強い、強い電磁界を持っているためです。超強力フィールドは、パルサーの表面から粒子を引き寄せ、ほぼ光速に加速します。
電子とその反物質対応物である陽電子を含むこれらの高速移動粒子は宇宙線です。宇宙線は電荷を帯びているため、磁場の影響を受けます。したがって、宇宙線が地球に到達するまでに、天文学者はその発生源を特定できません。
過去10年ほどの間に、さまざまな観測所や実験で、予想よりも近くに高エネルギー陽電子が検出されました。 NASAのフェルミガンマ線宇宙望遠鏡、NASAのアルファ磁気分光計、および他の実験はすべてそれらを検出しました。科学者たちは、ゲミンガを含む近くのパルサーがその源であると予想しました。しかし、これらの陽電子は磁場の影響を受けるため、証明できませんでした。
2017年まで。
その年、高高度水チェレンコフガンマ線天文台（HAWC）は、地上での検出で発見されたものを確認しました。それは、ゲミンガ周辺の小さくても強いガンマ線ハローです。 HAWCは、5〜40 TeVのハロー構造、またはテラ電子ボルトのエネルギーを検出しました。それは、私たちの目で見られるよりも何兆倍も多くのエネルギーを持つ光です。
当初、科学者たちは、高エネルギーハローは加速された電子と陽電子が星明かりに衝突することによって引き起こされると考えていました。これにより、エネルギーが増大し、超高輝度になります。荷電粒子がそのエネルギーの一部を光子に移すことを逆コンプトン散乱と呼びます。
しかし、HAWCを使用してGemingaとそのハローを観察したチームは結論に達しました。これらの高エネルギー陽電子は、ハローのサイズに基づいて地球に到達することはめったにありません。それで、地球の近くの陽電子の豊富さについて別の説明がなければなりませんでした。
地球近くの陽電子の存在を研究している科学者たちは、まだパルサーをリストから外していませんでした。そして、身近で明るいパルサーとして、ジェミンガはまだ彼らの興味を引いた。
マティアディマウロは、フェルミの大面積望遠鏡（LAT）からの10年分のゲミンガデータを研究する科学者の小さなチームを率いました。LATは、HAWCよりも低いエネルギーの光を観測します。ディマウロは、これらの調査結果を示す新しい研究の筆頭著者です。この研究のタイトルは、「フェルミLATデータによるジェミンガ周辺のγ線ハローの検出と陽電子束への影響」です。この論文はPhysics Reviewに掲載されました。
論文の共著者の1人は、ドイツのアーヘン大学RWTHのポスドク研究員、シルビアマンコーニです。マンコニ氏はプレスリリースで次のように述べています。「ハローを調べるには、星間ガス雲との宇宙線の衝突によって生成される拡散光を含む、他のすべてのガンマ線源を差し引く必要がありました。星間放射の10の異なるモデルを使用してデータを調査しました。」
チームが空の他のすべてのガンマ線源を差し引くと、データは広大な長方形の構造を明らかにしました。ジェミンガの周りの光輪。高エネルギー構造は、20億電子ボルトで空中20度をカバーし、低エネルギーではさらに広い領域をカバーしました。
研究の共著者であるフィオレンザドナートは、イタリア国立核物理研究所とトリノ大学出身です。プレスリリースでDonatoは次のように述べています。「低エネルギーの粒子は、パルサーからはるか遠くに移動してから、スターライトに到達し、エネルギーの一部をパルサーに転送し、光をガンマ線にブーストします。これが、ガンマ線放射が低エネルギーでより広い領域をカバーする理由です」とDonatoは説明しました。 「また、空間を通るパルサーの動きが原因で、ジェミンガのハローが部分的に伸びています。」
チームはLATデータをHAWCデータと比較し、データセットが一致したと結論付けました。彼らはまた、AMS-02実験で観測された高エネルギー陽電子の最大20％が、近くの明るいGemingaの原因である可能性があることも発見しました。それから、天の川のすべての累積パルサー放出に外挿すると、チームは、パルサーが元の謎の最良の説明であり続ける、と地球の近くにあるすべての陽電子の源であると言います。
「私たちの研究は、個々の線源を研究してそれらが宇宙線にどのように寄与するかを予測することの重要性を示しています」とディマウロは言いました。 「これは、マルチメッセンジャー天文学と呼ばれるエキサイティングな新しい分野の1つの側面です。そこでは、光に加えて宇宙線などの複数の信号を使用して宇宙を研究します。」
もっと：
- プレスリリース：NASAのフェルミミッションが近くのパルサーのガンマ線「ハロ」を反物質パズルにリンク
- 研究論文：フェルミLATデータによるジェミンガ周辺のγ線ハローの検出と陽電子フラックスへの影響
- ウィキペディア：コンプトン散乱
