Zvětšit obrázek

Sonda Integral (ilustrace). Kredit: ESA

Záhadný tvar mraku antihmoty v centrálních oblastech Mléčné dráhy odhalila evropská gama observatoř Integral (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory). Neočekávané vychýlení z centra je novým klíčem k pochopení původu antihmoty.

Poznatek snížil šance názoru, že antihmota pochází z anihilace nebo rozpadu astronomické temné hmoty.

Georg Weidenspointner (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics) a mezinárodní tým astronomů objevili oblak při analýze důležitých dat z Integralu, pořízených během 4 let. Mrak prozradilo gama záření, které vysílají jednotlivé složky antihmoty při setkání s „normální“ hmotou. Při anihilaci reaguje částice se svojí antičásticí – v tomto případě pozitrony s elektrony.

Důkazem anihilace pozitronu a elektronu je gama záření s energií 511 tisíc elektronvoltů (keV). Bouřlivá diskuse o původu těchto pozitronů se vede už od 70. let, kdy detektory na balónech objevily 511keV gama záření přicházející z centra naší Galaxie.

Podle některých astronomů pozitrony produkují vybuchujících hvězdy. Při těchto mohutných explozích vznikají vysokoenergetické částice a některé z nich při rozpadu uvolňují pozitrony. Není jasné, zda tyto pozitrony mohou uniknout z pozůstatků hvězdy v množství dostatečném na to, aby se vysvětlila velikost pozorovaného mraku.

Jiní astronomové přemýšlejí, jestli za všechno nemohou exotičtější procesy. Dřívější studie měly k dispozici mnohem méně dat, proto byl pozitronový mrak sférický a „vycentrovaný“ do středu Galaxie. Takový tvar a pozice odpovídaly očekávanému rozložení temné hmoty v centru naší Galaxie. Pak by temná hmota anihilací nebo rozpadem do dvojic elektronů a pozitronů, které pak anihilují, produkovala gama záření.

Zvětšit obrázek

Vlevo: 511keV gama záření pocházející z anihilace elektronů a pozitronů. Mapa ukazuje celou oblohu, s galaktickým centrem uprostřed a asymetrickým oblakem antihmoty. Vpravo: Rozložení LMXB koresponduje s mapou 511keV záření. Kredit: ESA/integrální/MPE (G. Weidenspointner et al.)

Velkým problémem je, že jednotlivé částice temné hmoty by musely být mnohem lehčí, než předpokládá většina ostatních teorií.

Nové výsledky dávají astronomům nový důležitý klíč, který odmítá temnou hmotu jako původ antihmoty. Za galaktickým středem oblak už není sférický. Místo toho je „vychýlen“ od středu Galaxie na jednu stranu do dvojnásobné vzdálenosti než na druhou. Takové umístění je velmi neobvyklé, protože plyn uvnitř naší Galaxie je rozložen relativně rovnoměrně.

Stejně důležitý je objev, že i populace dvojhvězd je vůči středu Galaxie excentrická, což koresponduje s polohou mraku antihmoty. Tyto binární objekty, známé jako „tvrdé“ LMXB (hard Low Mass X-Ray Binary), vysílají vysokoenergetické rentgenové záření a jsou odpovědné za majoritní množství antihmoty.

Zvětšit obrázek

Počítačový model 511keV gama záření odpovídá nesouměrnosti kolem galaktického centra. Kredit: ESA/integrální/MPE (G. Weidenspointner et al.)

LMXB je hvězdný systém s relativně normální hvězdou, kterou „požírá“ sousední hvězdná „mrtvola“, což je buď neutronová hvězda nebo černá díra. Gravitační pole hvězdné „mrtvoly“ je tak silné, že si odtrhává plyn z normální hvězdy. Když tento plyn směřuje po spirále směrem k „mrtvole“, zahřívá se tak moc, že v poli intenzivního záření mohou být spontánně vygenerovány dvojice pozitron - elektron. Emise 511 keV je pravděpodobně příliš slabá na to, aby Integral objevil jednotlivé LMXB.

„Jednoduché odhady naznačují, že asi polovina a možná všechna antihmota pochází z rentgenových dvojhvězd,“ říká Weidenspointner. Druhá polovina by mohla pocházet z obdobných procesů z okolí galaktické centrální černé díry a různorodého explodování hvězd tamtéž. Podle Weidenspointnera je asymetrické rozložení LMXB neobvyklé, protože hvězdy jsou v Galaxii rozloženy více méně rovnoměrně. Je potřeba dalšího výzkumu, aby se určilo, jestli pozorované rozložení je skutečné.

Integral je v současností jediná mise, která může pozorovat 511keV záření i tvrdé LMXB.

„Spojení mezi LMXB a antihmotou není dosud prokázáno, ale je to konzistentní událost," říká Weidenspointner. Tento objev má pro astrofyziky velký význam, protože snižuje požadavek na přítomnost temné hmoty ve středu naší Galaxie.

Článek byl publikován 10. ledna v Nature (Georg Weidenspointner et al.: „An asymmetric distribution of positrons in the galactic disk revealed by gamma rays“).

Zdroj: ScienceDaily