Крихітна зірка вивільняє величезний промінь матерії та антиматерії

За допомогою рентгенівської обсерваторії Чандра астрономи отримали зображення пучка матерії та антиматерії довжиною 63 трильйони кілометрів. Промінь-рекордсмен виходить від пульсара — сколапсованої зірки, що швидко обертається та має сильне магнітне поле.

Про це повідомляють OstanniPodii.com з посиланням на Рентгенівську обсерваторію “Чандра”.

Завдяки своєму величезному масштабу цей промінь може допомогти пояснити, чому у всій галактиці Чумацький Шлях є на дивину така велика кількість позитронів — аналогів електронів з антиматерії.

Астрономи вперше виявили промінь, або філамент, у 2020 році, але не знали його повної довжини, оскільки він виходив за межі детектора Чандри. Нові спостереження рентгенівської обсерваторії, проведені тією ж парою дослідників, зроблені в лютому та листопаді 2021 року, показують, що філамент приблизно втричі довший, ніж було виявлено спершу. Філамент охоплює приблизно половину діаметра повного Місяця на небі, що робить його найдовшим філаментом з пульсара, видимих із Землі.

«Дивно, що пульсар розміром лише 16 кілометрів у поперечнику може створити структуру настільки велику, що ми можемо бачити її за тисячі світлових років», – сказав Мартійн де Фріс зі Стенфордського університету в Пало-Альто, штат Каліфорнія, який очолив дослідження. «З однаковим відносним розміром, якби філамент простягався від Нью-Йорка до Лос-Анджелеса, пульсар був би приблизно у 100 разів меншим за найменший об’єкт, видимий неозброєним оком».

Пульсар має назву PSR J2030+4415 та знаходиться приблизно за 1600 світлових років від Землі. Цей об’єкт розміром із місто обертається приблизно три рази за секунду — швидше, ніж більшість стельових вентиляторів.

Цей результат може дати нове уявлення про джерело антиматерії Чумацького Шляху, яка подібна до звичайної матерії, але її електричні заряди перевернуті. Наприклад, позитрон є позитивно зарядженим еквівалентом електрона.

Переважна більшість Всесвіту складається зі звичайної матерії, а не з антиматерії. Проте вчені продовжують знаходити докази наявності відносно великої кількості позитронів у детекторах на Землі, що призводить до питання: які можливі джерела цієї антиматерії?

Учасники нового дослідження Чандри вважають, що пульсари, такі як PSR J2030+4415, можуть бути однією з відповідей. Поєднання двох крайностей — швидкого обертання та високих магнітних полів пульсарів — призводить до прискорення частинок і випромінювання високої енергії, яке створює пари електронів і позитронів. (Звичайний процес перетворення маси в енергію, який визначається відомим рівнянням Альберта Ейнштейна E = mc^2, є зворотним, і енергія перетворюється в масу.)

Можливо, пульсар просочує ці позитрони в галактику. Пульсари генерують вітри заряджених частинок, які зазвичай утримуються в їх потужних магнітних полях. Пульсар рухається міжзоряним простором зі швидкістю близько 1,6 млн км на годину, а вітер тягнеться за ним. Носова ударна хвиля газу рухається перед пульсаром, подібно до скупчення води перед рухомим човном. Однак приблизно 20-30 років тому рух носової ударної хвилі, видимо зупинився, і пульсар наздогнав її, що призвело до взаємодії з міжзоряним магнітним полем, що проходить майже по прямій лінії зліва направо.

«Це, ймовірно, спричинило витік частинок», – сказав співавтор Роджер Романі, також зі Стенфорда. «Магнітне поле вітру пульсару з’єдналося з міжзоряним магнітним полем, і високоенергетичні електрони та позитрони викинуло через сопло, утворене в результаті з’єднання».

Потім, коли частинки рухалися вздовж міжзоряної лінії магнітного поля зі швидкістю приблизно в одну третину швидкості світла, вони висвітлювали її в рентгені. Це утворило довгий філамент, який побачила обсерваторія Чандра.

Раніше астрономи спостерігали великі ореоли навколо найближчих пульсарів у гамма-випромінюванні, що вказує на те, що енергійні позитрони, як правило, мають труднощі з просочуванням у галактику. Це підірвало ідею про те, що пульсари пояснюють надлишок позитронів, який виявляють вчені. Проте нещодавно виявлені філаменти пульсарів, як-от PSR J2030+4415, показують, що частинки дійсно можуть вирватися в міжзоряний простір і в кінцевому підсумку досягти Землі.

Стаття з описом цих результатів з’явиться в The Astrophysical Journal, а наразі доступна онлайн на сервері препринтів.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

• Пульсари
• антиматерія