Na szczęście dla życia na Ziemi atmosfera planety blokuje większość niebezpiecznego promieniowania gamma. Ale ponieważ
To znalezisko nazwano bąbelkami Fermiego.Chociaż natura tego zjawiska wciąż pozostaje tajemnicą, naukowcy uważają, że są one związane z supermasywną czarną dziurą zlokalizowaną w centrum Galaktyki. Ale nowe badanie pokazuje, że nie jest to do końca prawdą.
Jak bada się kosmiczne promieniowanie gamma?
Wszechświat jest domem dla wieluegzotyczne i piękne zjawiska, z których niektóre mogą generować niewyobrażalną ilość energii. Supermasywne czarne dziury, łączenia się gwiazd neutronowych, strumienie gorącego gazu poruszające się z prędkością bliską prędkości światła. To tylko kilka przykładów zdarzeń, które generują strumień promieniowania gamma.
Przypomnijmy, że promieniowanie gamma jest najbardziejforma energetyczna promieniowania elektromagnetycznego. Ma najkrótszą długość fali (poniżej 2⋅10−10 m) i jest strumieniem fotonów o wysokiej energii. Takie promieniowanie ma właściwości jonizujące, to znaczy może zamieniać atomy w naładowane jony.
Ponieważ widok z poziomu gruntu jest zasłonięty, naukowcy nie mogąnie miał pojęcia o bogactwie promieni gamma na niebie, dopóki instrumenty badawcze nie zostały wystrzelone w przestrzeń kosmiczną. Pierwsze przypadkowe obserwacje zostały wykonane przez satelity Vela wystrzelone w latach 60. XX wieku w celu monitorowania zakazanych testów nuklearnych.
Artystyczna ilustracja przedstawiająca satelitę Vela krążącego wokół Ziemi. Obraz: domena publiczna, link
2 lipca 1967 r. detektory satelitów Vela 4 iVela 3 zarejestrowała pierwszy wybuch promieniowania gamma, w przeciwieństwie do wszystkich znanych sygnatur związanych z bronią. Dalsze analizy wykazały, że nie ma to nic wspólnego z Ziemią i testowaniem bomby atomowej.
Kompletne badanie promieniowania gamma wprzestrzeń rozpoczęła się wraz z wystrzeleniem Kosmicznego Teleskopu Fermi w 2008 roku. Urządzenie składa się z monitora rozbłysków gamma i szerokiego teleskopu. Fermi używa scyntylatorów, czyli substancji, które mogą świecić, gdy pochłaniają promieniowanie jonizujące. Światło z takich czujników jest wychwytywane przez fotodetektor, który pozwala ustalić moc promieniowania. Scyntylatory teleskopu znajdują się po bokach statku kosmicznego, aby zobaczyć całe niebo niezasłonięte przez Ziemię.
Teleskop wielkopowierzchniowy (LAT) wykrywapojedyncze promienie gamma, wykorzystujące technologię podobną do akceleratorów cząstek naziemnych. Fotony uderzają w cienkie blachy, zamieniając się w pary elektron-pozyton. Te naładowane cząstki przemieszczają się przez naprzemienne warstwy krzemowych detektorów mikropaskowych, powodując jonizację, która wytwarza wykrywalne maleńkie impulsy ładunku elektrycznego.
Przez lata Fermi zrobiło wieleniesamowite odkrycia. Na przykład jako pierwszy odkrył pulsar emitujący tylko promienie gamma, dowiedział się, że pozostałości po supernowych działają jak gigantyczny akcelerator cząstek i zaobserwował błyski promieni gamma podczas burz na Ziemi. Ale najbardziej zaskakującym odkryciem są bąbelki Fermiego.
Artystyczna ilustracja przedstawiająca teleskop Fermiego. Zdjęcie: Laboratorium obrazów koncepcyjnych Centrum Lotów Kosmicznych im. Goddarda NASA
Im więcej badań, tym więcej tajemnic
W listopadzie 2010 roku naukowcy ogłosili, żePo obu stronach jądra Drogi Mlecznej odkryto dwie duże eliptyczne struktury plazmy energetycznej, które emitują fale gamma i rentgenowskie. Struktury te, zwane bąbelkami Fermiego, rozciągają się na 25 000 lat świetlnych w górę iw dół od centrum galaktyki. Dla porównania odległość od niego do Słońca wynosi około 26 tysięcy lat świetlnych.
Artystyczna ilustracja bąbelków Fermiego. Wideo: NASA
Promieniowanie gamma w tle rozproszone w galaktyce iotaczającej przestrzeni, zakłóciło wcześniejsze wykrycie tych niezwykłych gigantycznych struktur. Ale moc teleskopu Fermi i postęp w technologii przezwyciężyły ten problem.
Naukowcy uważają, że źródło bąbelkówjest supermasywną czarną dziurą w galaktyce. Co więcej, muszą być przez nią połączone. Najpopularniejsza hipoteza sugeruje, że czarna dziura aktywnie pochłania materię, wyrzucając gigantyczne dżety plazmy widoczne w widmie elektromagnetycznym. Podobne źródła odkryto wcześniej w innych galaktykach.
Dane obserwacyjne dotyczące bąbelków Fermiego. Wideo: NASA
Aby potwierdzić tę teorię, naukowcy szukali takich„kominy” to kolumnowe strumienie plazmy prostopadłe do płaszczyzny galaktyki. Wkrótce zauważono coś podobnego, a później zmierzono wewnątrz bąbelków Fermiego.
Dalsze badania dostarczyły jednak nowychpytania. Okazało się, że bąbelki nie wyglądają symetrycznie, jak sugerowała teoria. O ile w jednym z nich wytyczono wyraźny obraz „komina”, w drugim – w trakcie pomiarów, zaczął on zanikać. Ponadto w jednym z nich znaleziono dziwną jasną plamę „kokonu”, której nie można było w żaden sposób wytłumaczyć.
Tajemnicza natura „kokonu”
Badając płatki baniek Fermiego, naukowcyodkryli, że są pokryte kilkoma tajemniczymi strukturami składającymi się z bardzo jasnych i wyraźnych promieni gamma. Jedna z najjaśniejszych plamek została znaleziona w płacie południowym i została nazwana kokonem Fermiego.
Kokon Fermi. Zdjęcie: Kavli IPMU
W artykule opublikowanym niedawno w czasopiśmie NatureAstronomowie naukowcy poinformowali, że byli w stanie określić naturę tego kokonu. W swojej pracy naukowcy przeanalizowali dane z teleskopów kosmicznych GAIA i Fermi, aby wykazać, że kokon Fermiego faktycznie powstaje z promieniowania z karłowatej galaktyki eliptycznej Strzelca (SagDEG).
Ta galaktyka satelitarna Drogi Mlecznej jest widoczna, gdyobserwacja z Ziemi przez bańki Fermiego. Ze względu na swoją wąską orbitę straciła większość swojego międzygwiazdowego gazu, gdy krąży wokół naszej Galaktyki, a wiele jej gwiazd zostało wyrwanych z dysku gwiezdnego i wciągniętych w strumienie ciągnące się za SagDEG.
Położenie Słońca i karłowatej galaktyki eliptycznej w Strzelcu. Zdjęcie: Kavli IPMU
Ta galaktyka jest praktycznie pozbawiona materiału dlapowstawanie gwiazd i aktywne procesy. Jednak nadal może ukrywać źródła promieniowania gamma. W swojej pracy astrofizycy wykazali, że tajemniczy blask kokonu Fermiego można wytłumaczyć wieloma milisekundowymi pulsarami znajdującymi się w galaktyce SagDEG.
Pulsary milisekundowe są pozostałościąpewne typy gwiazd, znacznie masywniejsze niż Słońce, które znajdują się w ciasnych układach podwójnych. Pod wpływem ekstremalnej rotacji wyrzucają w przestrzeń przyspieszone cząstki. Elektrony uwalniane przez pulsary milisekundowe zderzają się z niskoenergetycznymi kosmicznymi mikrofalowymi fotonami tła, popychając je w kierunku wysokoenergetycznych promieni gamma.
Chociaż naukowcy byli w stanie wyjaśnić osobnyzagadką pozostaje efekt związany z bąbelkami Fermiego, złożona natura tego zjawiska i ogólnie kosmicznego promieniowania gamma. Chociaż od dawna uważano, że aktywne jądra galaktyk są głównym źródłem promieniowania gamma, obecnie wiadomo, że jest to błędne.
Jedna alternatywna hipoteza sugeruje, że:nieznana interakcja ciemnej materii może tworzyć większość tego promieniowania. Naukowcy będą mogli dowiedzieć się w nowych eksperymentach, a być może dodatkowe wskazówki zawierają tajemnicze bąbelki Fermiego.
Czytaj więcej:
NASA ujawnia, jak wygląda przyszłość Układu Słonecznego
Fizycy schłodzili atomy do rekordowych temperatur. Są miliard razy zimniejsze niż przestrzeń kosmiczna.
Naukowcy wyjaśniają, dlaczego Indie i Azja zderzyły się bardzo szybko
Zdjęcie na okładce: NASA/GSFC/DOE/Fermi LAT/D.Finkbeiner i in.