Antianyagfelhő a Tejútrendszer belsejében

Új megfigyelések alapján a Galaxisunk belső vidékén lévő kettőscsillagoknál zajló kölcsönhatások antianyagot termelnek. Ennek megsemmisülése magyarázza a korábban azonosított sugárzást.

Az ESA Integral műholdja a nagyeneregiájú gammasugarak eloszlását és jellemzőit térképezi az égbolton. Georg Weidenspointner (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics) és kollégái a szonda négy év alatt rögzített megfigyelései alapján a Galaxisunk központi vidéke felől érkező gammasugárzást tanulmányozták. Céljuk a sugárzást létrehozó folyamat azonosítása volt.

A kérdéses sugárzás 511 keV energiájú, és feltehetőleg elektronok, valamint antirészecskéik, pozitronok találkozásakor és megsemmisülésekor keletkezik. Ezt a sugárzást az 1970-es években, még a légkör magas régióiba feljuttatott ballonokra szerelt távcsövekkel azonosították. Pontos eredetét azóta is homály fedi - a legnehezebb feladat a jelenséget kiváltó pozitronok keletkezését megérteni.

Az egyik elgondolás szerint a szupernóva-robbanások során keletkező nehéz atommagok bomlása termeli a pozitronokat - de ebben az esetben problémás megmagyarázni a sugárzás megfigyelt intenzitását. Egy másik elgondolás a korábbi megfigyelés azon eredményéből indult ki, amely szerint a sugárforrások eloszlása gömbszimmetrikus a Tejútrendszer centruma körül. A modellek alapján a láthatalan tömeget alkotó egzotikus, még ismeretlen részecskék is ilyen eloszlást mutatnak - nem kizárt, hogy valamilyen folyamat keretében a láthatatlan tömeg kelt elektron-pozitron párokat. Ezek aztán összetalálkozva megsemmisülnek, létrehozva a megfigyelt intenzív sugárzást. Utóbbi elgondolást azonban nehézen összeilleszteni a láthatatlan tömeg jellemzőit leíró elméletekkel. További érdekesség, hogy egyes szakemberek az ún. mini fekete-lyukak elméletileg lehetséges párolgásával magyarázzák mindezt - egyelőre szintén bizonyíték nélkül.

Annyi biztos, hogy a sugárzás forrását olyan objektumok alkotják, amelyek a Tejútrendszer központi vidékén találhatók, azonosításukban pedig sokat segítene eloszlásuk minél pontosabb ismerete.

A kérdéses felhő térbeli jellmzői ezúttal az Integral adatai révén minden korábbinál precízebben sikerült meghatározni. Kiderült, hogy a felhő nem gömbszimmetrikus, hanem a Galaxis centrumához viszonyítva az egyik irányba közel kétszer nagyobb kiterjedésű, mint az ellenkező oldalon.

A gammasugarakat kibocsátó objektumok alkotta felhő aszimmetrikus alakja a fenti elgondolásokkal nehezen magyarázható. Ugyanakkor az Integralnak egy másik megfigyelésével jó egyezést mutat: a szonda adatai alapján a térségben sok kettőscsillag mutat a centrumhoz képest aszimmetrikus eloszlást.

A kérdéses kettős rendszerek egy átlagos csillagból és egy kompakt objektumból (neutroncsillagból vagy fekete lyukból) állnak. A normál csillagról a társra átáramló anyag annyira felforrósodik, hogy az eneregikus környezetben sok elektron-pozitron pár keletkezik. Ezek találkozásukkor megsemmisülnek, pontosabban a megfigyelt 511 keV-os sugárázássá alakulnak. A sugárzás ahhoz nem elég erős, hogy az egyes kettősöknél külön-külön azonosítani lehessen - ezért csak egy kiterjedt felhő formájában figyelhető meg.

Az 511 keV-os sugárzás aszimmetrikus eloszlása (fent) és a kemény röntgensugárzást kibocsátó kettőscsillagok eloszlása (lent) (ESA, Integral, MPE, Weidenspointner)

A mérésekhez illesztett modellek alapján a sugárzást kiváltó antianyagnak legalább a fele ilyen kettős rendszerekből származik, a maradék pedig "hagyományos" forrásokból eredhet, mint amilyen a szupernagytümegű központi fekete lyuk, avagy a szupernóvák termelte nehéz elemek lebomlása.