Para astronom telah menonton pulsar terdekat dengan lingkaran cahaya aneh di sekitarnya. Pulsar itu mungkin menjawab pertanyaan yang membingungkan para astronom selama beberapa waktu. Pulsar bernama Geminga, dan merupakan salah satu pulsar terdekat ke Bumi, sekitar 800 tahun cahaya di konstelasi Gemini. Tidak hanya dekat dengan Bumi, tetapi Geminga juga sangat terang dalam sinar gamma.
Halo itu sendiri tidak terlihat oleh mata kita, jelas, karena itu ada dalam panjang gelombang gamma. (Teleskop Ruang Angkasa Sinar Gamma Fermi NASA menemukannya). Tapi itu besar, meliputi langit sebanyak 40 bulan penuh.
Halo lingkaran mungkin bertanggung jawab atas beberapa kejadian di lingkungan kita sendiri: ada banyak anti-materi di dekat Bumi, dan keberadaannya telah membingungkan para ilmuwan selama satu dekade.
"Analisis kami menunjukkan bahwa pulsar yang sama ini dapat bertanggung jawab atas teka-teki selama satu dekade tentang mengapa satu jenis partikel kosmik berlimpah di dekat Bumi," kata Mattia Di Mauro, astrofisikawan di Universitas Katolik Amerika di Washington dan Goddard Space NASA. Pusat Penerbangan di Greenbelt, Maryland. "Ini adalah positron, versi elektron antimateri, yang berasal dari suatu tempat di luar tata surya."
Pulsar adalah sisa dari bintang masif yang hilang supernova. Geminga adalah hasil dari ledakan supernova sekitar 300.000 tahun yang lalu di rasi bintang Gemini. Itu adalah bintang neutron berputar yang berorientasi dengan cara tertentu menuju Bumi, sehingga energinya diarahkan ke arah kita seperti mercusuar yang luas.
Pulsar secara alami dikelilingi oleh awan elektron dan positron. Itu karena bintang neutron memiliki medan elektromagnetik yang kuat, yang terkuat dari objek yang dikenal. Medan super-kuat menarik partikel-partikel dari permukaan pulsar, dan mempercepatnya hingga mendekati kecepatan cahaya.
Partikel-partikel yang bergerak cepat ini, termasuk elektron dan anti-materi, positron, adalah sinar kosmik. Karena sinar kosmik membawa muatan listrik, mereka tunduk pada efek medan magnet. Jadi pada saat sinar kosmik mencapai Bumi, para astronom tidak dapat menentukan sumbernya.
Selama dekade terakhir ini, berbagai observatorium dan eksperimen telah mendeteksi lebih banyak positron energi tinggi di sekitar kita daripada yang diperkirakan. Teleskop Luar Angkasa Fermi Gamma-ray NASA, Alpha Magnetic Spectrometer NASA, dan semua eksperimen lain telah mendeteksinya. Para ilmuwan berharap bahwa pulsar terdekat, termasuk Geminga, adalah sumbernya. Tetapi karena cara positron dipengaruhi oleh medan magnet, itu tidak bisa dibuktikan.
Sampai 2017.
Pada tahun itu, Water-Altitude Water Cherenkov Gamma-ray Observatory (HAWC) mengkonfirmasi apa yang ditemukan oleh beberapa deteksi berbasis darat: lingkaran sinar gamma kecil tapi intens di sekitar Geminga. HAWC mendeteksi energi dalam struktur halo 5 - 40 TeV, atau Tera-electron Volts. Cahaya itu dengan triliunan kali lebih banyak energi daripada yang bisa dilihat mata kita.
Awalnya, para ilmuwan berpikir bahwa halo energi tinggi disebabkan oleh percepatan elektron dan positron yang bertabrakan dengan cahaya bintang, yang akan meningkatkan energi mereka dan menjadikannya super terang. Ketika partikel bermuatan mentransfer sebagian energinya ke foton, itu disebut hamburan Inverse-Compton.
Tetapi tim yang menggunakan HAWC untuk mengamati Geminga dan halo-nya sampai pada kesimpulan: positron berenergi tinggi itu jarang mencapai Bumi, berdasarkan ukuran halo. Jadi harus ada penjelasan lain tentang banyaknya positron di dekat Bumi.
Para ilmuwan yang mempelajari keberadaan positron dekat Bumi belum mencoret pulsar dari daftar mereka. Dan sebagai pulsar yang dekat dan cerah, Geminga masih menarik minat mereka.
Mattia Di Mauro memimpin tim kecil ilmuwan yang mempelajari data Geminga selama satu dekade dari Fermi's Large Area Telescope (LAT.) LAT mengamati cahaya energi yang lebih rendah daripada HAWC. Di Mauro adalah penulis utama studi baru yang menyajikan temuan ini. Penelitian ini berjudul "Deteksi a? -Ray halo di sekitar Geminga dengan data Fermi-LAT dan implikasi untuk fluks positron." Makalah ini diterbitkan dalam Tinjauan Fisika.
Salah satu penulis bersama makalah ini adalah Silvia Manconi, seorang peneliti pascadoktoral di RWTH Aachen University di Jerman. Dalam siaran pers, Manconi berkata, “Untuk mempelajari halo, kami harus mengurangi semua sumber sinar gamma lainnya, termasuk cahaya difus yang dihasilkan oleh tabrakan sinar kosmik dengan awan gas antarbintang. Kami mengeksplorasi data menggunakan 10 model emisi antarbintang yang berbeda. ”
Setelah tim mengurangi semua sumber sinar gamma di langit, data mengungkapkan struktur bujur yang luas; lingkaran cahaya di sekitar Geminga. Struktur energi tinggi menutupi 20 derajat di langit pada 20 miliar volt elektron, dan area yang lebih besar dengan energi lebih rendah.
Rekan penulis studi, Fiorenza Donato berasal dari Institut Nasional Fisika Nuklir Italia dan Universitas Turin. Dalam siaran persnya, Donato berkata, “Partikel berenergi lebih rendah bergerak lebih jauh dari pulsar sebelum mereka lari ke cahaya bintang, mentransfer sebagian energinya ke sana, dan meningkatkan cahaya ke sinar gamma. Inilah sebabnya mengapa emisi sinar gamma mencakup area yang lebih besar dengan energi yang lebih rendah, ”Donato menjelaskan. "Juga, lingkaran cahaya Geminga memanjang sebagian karena gerakan pulsar melalui ruang."
Tim membandingkan data LAT dengan data HAWC dan menyimpulkan bahwa set data cocok. Mereka juga menemukan bahwa Geminga yang cerah dan berdekatan dapat menyebabkan 20% dari positron berenergi tinggi yang diamati oleh percobaan AMS-02. Dari ekstrapolasi dari itu hingga semua emisi pulsar kumulatif di Bima Sakti, tim mengatakan bahwa pulsar tetap menjadi penjelasan terbaik untuk misteri asli: sumber semua positron di dekat Bumi.
"Pekerjaan kami menunjukkan pentingnya mempelajari sumber individu untuk memprediksi bagaimana mereka berkontribusi pada sinar kosmik," kata Di Mauro. "Ini adalah salah satu aspek dari bidang baru yang menarik yang disebut astronomi multimessenger, di mana kita mempelajari alam semesta menggunakan beberapa sinyal, seperti sinar kosmik, selain cahaya."
Lebih:
- Siaran Pers: Misi Fermi NASA Tautan Terdekat dengan Gamma-ray Pulsar 'Halo' ke Puzzle Antimateri
- Makalah Penelitian: Deteksi a? -Ray halo di sekitar Geminga dengan data Fermi-LAT dan implikasi untuk fluks positron
- Wikipedia: Hamburan Compton
