Peta all-sky model ‘halo + disk fitting pas terbaik dari emisi garis gamma-ray 511 keV. Kredit gambar: INTEGRAL. Klik untuk memperbesar.
Positron, padanan anti-materi terhadap elektron, diprediksi oleh Paul Dirac's - pada saat revolusioner - persamaan gelombang kuantum untuk elektron. Beberapa tahun kemudian, pada 1932, Carl Anderson menemukan positron dalam sinar kosmik, dan Dirac mendapatkan Hadiah Nobel pada 1933 dan Anderson pada 1936.
Ketika positron bertemu elektron, mereka musnah, menghasilkan dua sinar gamma. Namun kadang-kadang, pemusnahan didahului oleh pembentukan positronium, yang seperti atom hidrogen dengan proton digantikan oleh positron (positronium memiliki simbolnya sendiri, Ps). Positronium datang dalam dua bentuk, tidak stabil, dan meluruh menjadi dua gammas (dalam sekitar 0,1 nanodetik) atau tiga (dalam sekitar 100 nanodetik).
Para astronom telah mengetahui sejak tahun 1970-an bahwa pasti ada banyak positron di alam semesta. Mengapa? Karena ketika sebuah positron dan elektron memusnahkan untuk memberikan dua gammas, keduanya memiliki panjang gelombang yang sama, sekitar 0,024 Å, atau 0,0024 nm (astronom, seperti fisikawan partikel, tidak berbicara tentang panjang gelombang sinar gamma, mereka berbicara tentang energi mereka; 511 keV dalam hal ini). Jadi, jika Anda melihat langit dengan penglihatan sinar gamma - dari atas atmosfer tentu saja! - Anda tahu ada banyak positron karena Anda dapat melihat banyak gammas dari 'warna' tunggal, 511 keV (mirip dengan menyimpulkan ada banyak hidrogen di alam semesta dengan memperhatikan banyak alfa merah (1,9 eV) H alpha di langit malam).
Dari spektrum peluruhan tiga-gamma dari positronium, dibandingkan dengan intensitas garis 511 keV, para astronom empat tahun lalu menemukan bahwa sekitar 93% dari positron yang penghancurannya kita lihat membentuk positronium sebelum mereka membusuk.
Berapa banyak positronium? Dalam tonjolan Bima Sakti, sekitar 15 miliar (ribu juta) ton positron dimusnahkan setiap detik. Massa sebanyak elektron dalam puluhan triliun hal yang biasa kita gunakan, seperti batu atau air; sekitar sebanyak di asteroid ukuran sedang, sepanjang 40 km.
Dengan menganalisis data INTEGRAL yang dirilis secara publik (bernilai sekitar satu tahun), J? Rgen Kn? Dlseder dan rekan-rekannya menemukan bahwa:
- positron yang sedang dimusnahkan dalam disk Bima Sakti kemungkinan besar berasal dari peluruhan beta + (yaitu positron) dari isotop Aluminium-26 dan Titanium-44, yang diproduksi sendiri dalam supernova baru-baru ini (ingat, para astronom menyebut bahkan 10 juta tahun yang lalu) 'baru')
- Namun, ada lebih banyak positron yang dimusnahkan di galaksi Bima Sakti daripada di disk, dengan faktor lima
- sepertinya tidak ada sumber 'poin'.
Tentu saja, bagi seorang ilmuwan INTEGRAL, sumber 'titik' tidak memiliki arti yang sama seperti halnya bagi seorang astronom amatir! Visi sinar gamma di garis positronium sangat buram, objek enam bulan (3?) Akan terlihat seperti 'titik'! Meskipun demikian, Knldenseder dan timnya dari astrofisika sleuths dapat mengatakan bahwa "tidak ada sumber yang kami cari menunjukkan fluks 511 keV yang signifikan"; 40 'tersangka biasa' ini meliputi pulsar, quasar, black hole, sisa-sisa supernova, daerah pembentuk bintang, kluster galaksi kaya, galaksi satelit, dan blazar. Tapi, mereka masih mencari, “Kami memang [merencanakan,] mendedikasikan pengamatan INTEGRAL terhadap tersangka yang biasa, seperti supernova Tipe Ia (SN1006, Tycho), dan LMXB (Cen X-4) yang mungkin membantu menyelesaikan masalah ini . "
Jadi, dari mana 15 miliar ton positron dimusnahkan setiap detik di dalam tonjolan? "Bagi saya, hal terpenting tentang pemusnahan positron adalah bahwa sumber utama masih merupakan misteri," kata Kn? Dlseder. “Kita dapat menjelaskan emisi redup dari disk dengan peluruhan Aluminium-26, tetapi sebagian besar positron terletak di wilayah tonjolan Galaxy, dan kami tidak memiliki sumber yang dapat dengan mudah menjelaskan semua karakteristik pengamatan. Khususnya, jika Anda membandingkan langit 511 keV dengan langit yang diamati pada panjang gelombang lain, Anda mengenali bahwa langit 511 keV itu unik! Tidak ada langit lain yang menyerupai apa yang kita amati. ”
Tim INTEGRAL merasa mereka dapat mengesampingkan bintang masif, kolaps, pulsar, atau interaksi sinar kosmik, karena jika ini adalah sumber positron tonjolan, maka disk akan jauh lebih terang dalam cahaya 511 keV.
Positron tonjolan dapat berasal dari biner sinar-X bermassa rendah, nova klasik, atau supernova Tipe 1a, melalui berbagai proses. Tantangan dalam setiap kasus adalah untuk memahami bagaimana positron yang cukup yang diciptakan oleh ini dapat bertahan cukup lama setelah itu dan berdifusi cukup jauh dari tempat kelahiran mereka.
Bagaimana dengan string kosmik? Sementara kertas Tanmay Vachaspati baru-baru ini mengusulkan ini sebagai sumber yang mungkin dari positron tonjolan keluar terlalu baru untuk Kn? Dlseder et al. untuk mempertimbangkan makalah mereka, “Namun bagi saya tidak jelas bahwa kita memiliki cukup batasan pengamatan untuk menyatakan bahwa string kosmik menghasilkan 511 keV; kami bahkan tidak tahu jika string kosmik ada. Orang akan membutuhkan karakteristik unik dari string kosmik yang mengecualikan semua sumber lain, dan hari ini saya pikir kita jauh dari ini. "
Mungkin yang paling menarik, positron dapat berasal dari penghancuran partikel materi gelap bermassa rendah dan anti-partikelnya, atau seperti Kn? Dlseder et al. katakan "penghancuran materi gelap terang (1-100 MeV), seperti yang disarankan baru-baru ini oleh Boehm et al. (2004), mungkin merupakan sumber kandidat galaksi yang paling eksotis tetapi juga yang paling menarik. ” Materi gelap bahkan lebih eksotis daripada positronium; materi gelap bukanlah anti-materi, dan tidak ada yang bisa menangkapnya, apalagi mempelajarinya di laboratorium. Para astronom menerima bahwa itu ada di mana-mana dan melacak sifatnya adalah salah satu topik terpanas dalam astrofisika dan fisika partikel. Jika milyaran ton per detik dari positron yang dimusnahkan dalam tonjolan Bima Sakti tidak mungkin berasal dari nova klasik atau supernova termonuklir, maka mungkin materi gelap tua yang baik yang bisa disalahkan.
