Astrofyzikové se zaměřují na zdroj podivných signálů gama záření

Milisekundové pulsarové dvojhvězdy mohou produkovat nadbytečné fotony o energii 511 keV, které jsou v Galaxii pozorovány. Tyto systémy by mohly odhalit skryté pulsary a dokonce i exoplanety. Mnoho astrofyziků věnuje svou práci sledování původu fotonů, protože určité typy jsou úzce spjaty se specifickými kosmickými procesy. Identifikace původu těchto fotonů by mohla pomoci vyřešit hlavní otázky v astrofyzice. Jeden obzvláště zajímavý případ se týká fotonů na „linii 511 keV“, které se objevují v neobvykle vysokém

počtu v blízkosti galaktického jádra.

Žádný známý zdroj je neprodukuje v dostatečném množství. Nedávná studie Zacharyho Metzlera a Zorawara Wadiasingha z Marylandské univerzity a Goddardova vesmírného centra NASA naznačuje, že významným přispěvatelem mohou být milisekundové pulsarové (MSP) dvojhvězdy.

Význam fotonů o energii 511 keV
Proč jsou fotony o energii 511 keV tak důležité? Název odkazuje na jejich energetickou hladinu 511 kiloelektronvoltů, která odpovídá vlnové délce 2,427 pikometrů – což je pevně řadí do gama části elektromagnetického spektra. Zvláštností u nich je to, že vznikají v takzvané „anihilační linii“.

Navzdory zlověstnému zvuku zde „anihilace“ popisuje srážku pozitronu a elektronu. Když se tyto opačně nabité částice setkají, přemění se na energii ve formě fotonů o energii 511 keV. Pokud vědci dokážou určit, co generuje přebytek těchto fotonů v blízkosti galaktického středu, odhalí také hojný zdroj elektron-pozitronové anihilace.

Možné astrofyzikální zdroje
Bylo navrženo mnoho možných původů fotonů o energii 511 keV, včetně binárních rentgenových systémů a dokonce i anihilace temné hmoty. Metzler a Wadiasingh však tvrdí, že hlavní roli by mohl hrát specifický typ binárního pulsaru. Tyto systémy, známé jako milisekundové pulsarové (MSP) binární systémy, obsahují pulsar, který rotuje jednou za několik milisekund. Takové pulsary jsou samy o sobě pozoruhodné díky extrémním fyzikálním silám, které na nich působí, ale když jsou spárovány s doprovodnou hvězdou – která nemusí být nutně pulsarem – interakce se stávají ještě složitějšími a zajímavějšími.

Ve své studii autoři modelovali několik konfigurací dvojhvězd MSP. Jejich výsledky odhalily charakteristické rysy, které podle nich stojí za to zkoumat pomocí gama dalekohledů a detektorů gravitačních vln nové generace, protože kombinace obou pozorování by poskytla jasnější obraz dvojhvězd MSP. Zdůrazňují tři specifické cesty k objevování jako obzvláště slibné.

Klíč k exoplanetám a složení hvězd
Autoři se nejprve domnívají, že podrobnosti o jakýchkoliv doprovodných exoplanetách by mohly být objeveny analýzou výstupu binární soustavy MSP. Signál o energii 511 keV může kolísat v závislosti na orbitální dynamice systému a vytvářet červené nebo modré posuny, jak se hvězdy pohybují kolem sebe navzájem a možná i kolem možné exoplanety. Kromě toho se astronomové mohou dozvědět o složení doprovodné hvězdy v systému analýzou změn v „produkční účinnosti“ fotonů o energii 511 keV, které se liší v závislosti na typu materiálu přítomného v doprovodné hvězdě. Tyto informace o orbitální dynamice a složení by mohly odhalit potenciální exoplanety, které se v systému nacházejí.

Druhou možnou cestou výzkumu je hledání „ultrakompaktních systémů“, kde se MSP a jeho doprovodná hvězda nacházejí ve velmi těsné blízkosti. Tyto systémy jsou v průzkumech pulsarů obvykle opomíjeny, protože algoritmy používané k prohledávání astronomických dat nedokážou analyzovat interakce mezi těmito dvěma hvězdami a rozlišit je, což z nich v astronomické literatuře v podstatě činí částečně slepé místo.

Ultrakompaktní systémy s MSP by však vytvářely masivní čáry o energii 511 keV, protože paprsek pulsaru by často procházel nad vnější atmosférou jeho doprovodné hvězdy a pokrýval by velkou plochu. To ponechává velký prostor pro anihilaci elektronů/pozitronů, a tedy i pro mnoho fotonů o energii 511 keV, které by měly být v těchto binárních konfiguracích znatelně silnější.

Odhalení skrytých pulsarů
Paprsek pulsaru také vede k třetímu objevu samotných pulsarů, jejichž paprsek nemíří na Zemi. Pulsary jsou obvykle objeveny proto, že jejich „paprsek“ záření prochází přímo v blízkosti Země a naše detektory dokážou zachytit jakoukoliv energii, kterou tento paprsek nese, bez ohledu na to, jak daleko je. Astrofyzikové však předpokládají, že existuje mnoho pulsarů, jejichž paprsky k Zemi vůbec nemíří; proto o nich nejsme schopni shromáždit žádná data.

Dvojhvězdy MSP by nám však umožnily vidět pulsary z nového úhlu pohledu – z fotonů o energii 511 keV, které vznikají, když jejich paprsek zasáhne jejich doprovodnou hvězdu. Tyto fotony nejsou zdaleka tak směrované jako samotný paprsek pulsaru, takže i když paprsek nesměřuje přímo k Zemi, alespoň některé z fotonů o energii 511 keV z anihilace elektronů v horních vrstvách atmosféry hvězdy ano – což nám umožní tečně identifikovat, že pulsar zasahuje hvězdu svým vysoce výkonným paprskem.

Jak autoři v článku uvádějí, jejich práce je v tuto chvíli pouze teoretická a doprovází ji určité modelování. V příštích několika letech bude spuštěna další generace detekčních přístrojů, včetně Compton Spectrometer and Imager (COSI), jehož vypuštění se očekává v roce 2027. Díky dodatečnému pozorovacímu výkonu těchto platforem by astronomové měli být schopni shromáždit dostatek dat k ověření této teorie a měli by být schopni vystopovat ještě více těchto zajímavých fotonů, bez ohledu na jejich zdroj.

Zdroj: https://scitechdaily.com/astrophysicists-zero-in-on-source-of-strange-gamma-ray-signals/

autor: František Martinek