למרבה המזל עבור החיים על פני כדור הארץ, האטמוספירה של הפלנטה חוסמת את רוב קרינת הגמא המסוכנת. אלא בגלל
ממצא זה נקרא בועות פרמי.למרות שטבעה של תופעה זו עדיין בגדר תעלומה, מדענים מאמינים שהם קשורים לחור שחור סופר מסיבי הממוקם במרכז הגלקסיה. אבל מחקר חדש מראה שזה לא לגמרי נכון.
כיצד חוקרים את קרינת הגמא הקוסמית?
היקום הוא בית לרביםתופעות אקזוטיות ויפות, שחלקן יכולות לייצר כמות כמעט בלתי נתפסת של אנרגיה. חורים שחורים סופר מסיביים, מיזוג כוכבי נויטרונים, זרמי גז חם הנעים קרוב למהירות האור. כל אלה הן רק כמה דוגמאות לאירועים שיוצרים שטף של קרני גמא.
נזכיר שקרינת גמא היא הכי הרבהצורת אנרגיה של קרינה אלקטרומגנטית. יש לו את אורך הגל הקצר ביותר (פחות מ-2⋅10-10 מ') והוא זרם של פוטונים בעלי אנרגיה גבוהה. לקרינה כזו יש תכונות מייננות, כלומר, היא יכולה להפוך אטומים ליונים טעונים.
מכיוון שהנוף מגובה הקרקע חסום, מדענים לא יכוליםלא היה לו מושג על עושר קרני הגמא בשמים עד ששוגרו מכשירי מחקר לחלל. התצפיות המקריות הראשונות נעשו על ידי לווייני Vela ששוגרו בשנות ה-60 כדי לפקח על ניסויים גרעיניים אסורים.
איור אמן של לוויין Vela המקיף את כדור הארץ. תמונה: תחום ציבורי, קישור
ב-2 ביולי 1967, הגלאים של לווייני Vela 4 וVela 3 רשם את ההתפרצות הראשונה של קרינת גמא, בניגוד לאף אחת מהחתימות הידועות הקשורות לנשק. ניתוח נוסף הראה שאין לזה שום קשר לכדור הארץ ולבדיקת פצצת האטום.
מחקר שלם של קרינת גמא בהחלל החל עם שיגור טלסקופ החלל פרמי ב-2008. המכשיר מורכב מצג התפרצות קרני גמא וטלסקופ רחב. פרמי משתמש בסינטילטורים, כלומר חומרים שיכולים לזהור כשהם סופגים קרינה מייננת. האור מחיישנים כאלה נלכד על ידי photodetector, המאפשר לך לתקן את כוח הקרינה. הנצנצים של הטלסקופ נמצאים בצדי החללית כדי לראות את כל השמים שאינם מוסתרים על ידי כדור הארץ.
טלסקופ שטח גדול (LAT) מזההקרני גמא בודדות, תוך שימוש בטכנולוגיה הדומה למאיצי חלקיקים יבשתיים. פוטונים פוגעים ביריעות מתכת דקות, והופכים לזוגות אלקטרונים-פוזיטרון. חלקיקים טעונים אלו עוברים דרך שכבות מתחלפות של גלאי מיקרו-סטריפ סיליקון, וגורמים ליינון המייצר פולסים זעירים של מטען חשמלי הניתנים לזיהוי.
במהלך השנים, פרמי יצר רביםתגליות מדהימות. לדוגמה, הוא היה הראשון שגילה פולסר הפולט רק קרני גמא, למד ששרידי סופרנובה פועלים כמו מאיץ חלקיקים ענק, וצפה בהבזקים של קרני גמא במהלך סופות רעמים על פני כדור הארץ. אבל התגלית המפתיעה ביותר היא בועות הפרמי.
איור אמן של טלסקופ פרמי. תמונה: מעבדת תמונות מושגית של מרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א
ככל שיותר מחקר, יותר מסתורין
בנובמבר 2010 הודיעו על כך חוקריםמשני צידי הליבה של שביל החלב התגלו שני מבנים אליפטיים גדולים של פלזמה אנרגטית הפולטים גלי גמא וקרני רנטגן. מבנים אלה, הנקראים בועות פרמי, נמשכים 25,000 שנות אור למעלה ולמטה מהמרכז הגלקטי. לשם השוואה, המרחק ממנה לשמש הוא כ-26 אלף שנות אור.
איור אומנותי של בועות פרמי. וידאו: נאס"א
קרינת גמא רקע מפוזרת בגלקסיה והחלל הסובב, הפריע לזיהוי הקודם של מבני הענק יוצאי הדופן הללו. אבל כוחו של טלסקופ פרמי והתקדמות הטכנולוגיה התגברו על בעיה זו.
החוקרים מאמינים כי מקור הבועותהוא חור שחור סופר מסיבי בגלקסיה. יתר על כן, הם חייבים להיות מקושרים באמצעותו. ההשערה הפופולרית ביותר מציעה שהחור השחור סופג חומר באופן פעיל, ומשליך החוצה סילוני פלזמה ענקיים הנראים בספקטרום האלקטרומגנטי. מקורות דומים התגלו בעבר בגלקסיות אחרות.
נתוני תצפית על בועות פרמי. וידאו: נאס"א
כדי לאשר את התיאוריה הזו, המדענים חיפשו כזו"ארובות" הן סילוני פלזמה עמודים בניצב למישור הגלקסיה. עד מהרה הבחינו במשהו דומה ומאוחר יותר נמדד בתוך בועות הפרמי.
אולם מחקר נוסף סיפק חדששאלות. התברר שהבועות אינן נראות סימטריות, כפי שהציעה התיאוריה. בעוד שבאחת מהן אותרה תמונה ברורה של ה"ארובה", בשנייה - בתהליך המדידות היא החלה להיעלם. בנוסף, באחד מהם נמצאה נקודת אור מוזרה "פקעת", שלא ניתן היה להסביר בשום צורה.
הטבע המסתורי של ה"פקעת"
חוקרים את עלי הכותרת של בועות הפרמי, החוקריםגילו שהם מכוסים בכמה מבנים מסתוריים המורכבים מקרני גמא בהירות ובולטות מאוד. אחד הכתמים הבהירים ביותר נמצא באונה הדרומית ונקרא פקעת הפרמי.
קוקון פרמי. תמונה: Kavli IPMU
במאמר שפורסם לאחרונה בכתב העת Natureאסטרונומיה, החוקרים דיווחו שהם הצליחו לקבוע את טבעו של הגולם הזה. בעבודתם, המדענים ניתחו נתונים מטלסקופי החלל GAIA ו-Fermi כדי להראות שפקעת הפרמי נובעת למעשה מקרינה מהגלקסיה האליפטית הננסית של מזל קשת (SagDEG).
גלקסיית לוויין זו של שביל החלב נראית כאשרתצפית מכדור הארץ דרך בועות הפרמי. בשל מסלולו הצר, הוא איבד הרבה מהגז הבין-כוכבי שלו בזמן שהוא מקיף את הגלקסיה שלנו, ורבים מהכוכבים שלו נתלשו מדיסקת הכוכבים שלהם ונמשכו אל הנחלים העוקבים אחר SagDEG.
מיקום השמש והגלקסיה האליפטית הגמדית במזל קשת. תמונה: Kavli IPMU
הגלקסיה הזו כמעט נטולת חומר עבורהיווצרות כוכבים ותהליכים פעילים. עם זאת, הוא עדיין יכול להסתיר מקורות של קרינת גמא. בעבודתם, אסטרופיזיקאים הראו שניתן להסביר את הזוהר המסתורי של פקעת הפרמי על ידי הפולסרים הרבים של אלפיות השנייה הממוקמים בגלקסיית SagDEG.
פולסרים של אלפיות השנייה הם שרידיםסוגים מסוימים של כוכבים, הרבה יותר מאסיביים מהשמש, שנמצאים במערכות בינאריות קרובות. בהשפעת סיבוב קיצוני, הם זורקים חלקיקים מואצים לחלל. אלקטרונים המשתחררים על ידי פולסרים של אלפיות שנייה מתנגשים בפוטוני רקע קוסמיים של מיקרוגל באנרגיה נמוכה, ודוחפים אותם לכיוון קרני גמא בעלות אנרגיה גבוהה.
למרות שהחוקרים הצליחו להסביר נפרדההשפעה הקשורה לבועות פרמי, האופי המורכב של תופעה זו ושל קרינת גמא קוסמית באופן כללי נותר בגדר תעלומה. למרות שגרעינים גלקטיים פעילים נחשבו זמן רב כמקור העיקרי של קרני גמא, כיום ידוע שזה שגוי.
השערה חלופית אחת מציעה זאתהאינטראקציה הלא ידועה של החומר האפל יכולה ליצור את רוב הקרינה הזו. מדענים יוכלו לגלות זאת בניסויים חדשים, ואולי רמזים נוספים מכילים בועות פרמי מסתוריות.
קרא עוד:
נאס"א חושפת כיצד נראה העתיד של מערכת השמש
פיזיקאים קיררו אטומים לתיעוד טמפרטורות. הם קרים פי מיליארד מהחלל החיצון.
חוקרים מסבירים מדוע הודו ואסיה התנגשו מהר מאוד
תמונת שער: NASA/GSFC/DOE/Fermi LAT/D.Finkbeiner et al.