Главная В избранное Контакты News О проекте Планы сайта Карта
счетчик сайта
Размер шрифта:

Кратко:

Позитрон и электрон вместе могут образовать подобие атома водорода, где роль протона выполняет позитрон.

Такой "атом" называют позитронием. Просуществовав ничтожную долю секунды, позитроний аннигилирует с образованием двух или трёх фотонов, в зависимости от того, как были сориентированы спины частиц в позитронии.

пара-позитрония

При гибели пара-позитрония (вверху) образуются два фотона с энергией 511 кэВ. А для орто-позитрония законы сохранения углового момента запрещают его распад на два кванта, и он распадается с образованием трёх фотонов.

орто-позитроний

(Рис.3) Телескоп SPI видит излучение каждого вида позитрония.

 

    

    

 

ГАЛАКТИКИ

Взгляд на Галактику сквозь толщу пыли и газа.

Продолжение (ч2)


Спектр аннигиляционного излучения центральной зоны Галактики

Спектр аннигиляционного излучения центральной зоны Галактики. Красная кривая показывает вклад пара-позитрония, чёрная — орто-позитрония (внизу).

Самый естественный механизм — рождение позитронов при ядерных превращениях вещества, например, при распаде радиоактивных изотопов 26Аl или 56Со, возникающих во время вспышек сверхновых или новых звёзд. Никто не сомневается, что такой процесс действительно происходит в Галактике, но неизвестно, обеспечивает ли он доминирующий вклад в наблюдаемое аннигиляционное излучение. Например, важным поставщиком изотопа 26Аl являются вспышки сверхновых второго типа (конечной стадии эволюции массивных звёзд), которые "живут" главным образом в диске нашей Галактики. Можно было бы предположить, что диск Галактики и должен быть особенно ярок в аннигиляционном излучении. Однако карты, полученные обсерваторией, скорее говорят о том, что наиболее мощным источником позитронов служит не диск Галактики, а её центральная область, где мало массивных звёзд (рис. 2). С этой точки зрения предпочтительна гипотеза, согласно которой позитроны порождаются термоядерными взрывами гораздо менее массивных и более старых звёзд. Были и более смелые предположения, например, что позитроны рождаются при взаимодействии космических лучей с нейтральным или молекулярным газом, либо в ближайшей окрестности чёрных дыр или нейтронных звёзд. Но самой экзотической стала гипотеза, согласно которой позитроны рождаются при аннигиляции частиц тёмной материи, чья плотность должна быть максимальна в центральной зоне Галактики. Концепция "тёмной" материи возникла в астрофизике достаточно давно — измерения масс галактик и их скоплений неизменно приводили к значениям, значительно превышающим массу звёзд и газа, видимых с помощью телескопов. Современная астрофизика постулирует наличие слабовзаимодействующих частиц (тёмной материи): вещества, которое имеет массу, но которое нельзя (или сложно) увидеть. Хотя природа тёмной материи пока понята недостаточно, теория допускает, что она может порождать и позитроны. Вышесказанное предполагает пересмотр многих общепринятых взглядов в современной физике, но именно поэтому гипотеза и интересна.

Одним из этапов на пути понимания природы позитронов в Галактике стало исследование параметров среды, в которой происходит аннигиляция позитронов. Практически все процессы рождения позитронов приводят к образованию "горячих" позитронов, т. е. частиц, чья кинетическая энергия сравнима или превышает их массу покоя. При этом вероятность аннигиляции достаточно мала, и позитроны, как правило, успевают потерять значительную часть своей энергии до того, как произойдёт аннигиляция. Время между рождением и аннигиляцией может составлять от десятков тысяч до миллионов лет, в течение которых позитрон дрейфует от места своего рождения до места исчезновения. Если вещество вокруг позитрона достаточно холодное, то до аннигиляции позитрон захватывает электрон и образует так называемый "позитроний" (аналог атома водорода), в котором роль положительно заряженного ядра (протона в случае атома водорода) выполняет позитрон. Просуществовав недолгое время, позитроний, наконец, аннигилирует, испуская жёсткие гамма-лучи. Различают два типа позитрония — пара-позитроний и орто-позитроний, отличающихся взаимной ориентацией спинов электрона и позитрона. Пара-позитроний порождает два фотона с энергией 511 кэВ, тогда как орто-позитроний аннигилирует с образованием трёх фотонов различных энергий. В результате для наблюдателя с Земли спектр аннигиляционного излучения распадается на две компоненты. Первая — узкая линия с энергией 511 кэВ, а вторая — непрерывный спектр на более низких энергиях, связанный с аннигиляцией орто-позитрония (рис. 2 и 3). Альтернативой аннигиляции через образование позитрония служит прямая аннигиляция, когда электрон и позитрон погибают "на лету", порождая два фотона. Оказывается, что доля прямых аннигиляций и ширина возникающей линии 511 кэВ чувствительны к температуре среды и степени её ионизации. Спектрометр SPI выполнил рекордные по точности измерения спектра аннигиляционного излучения. Выяснилось, что данные наблюдений лучше всего совместимы с аннигиляцией позитронов в "тёплой" фазе межзвёздной среды с характерной температурой порядка 8 тыс. K и степенью ионизации среды порядка 10%. Среда с такими параметрами действительно часто встречается в Галактике, и на неё приходится значительная доля массы газа. А вот в самой горячей фазе межзвёздной среды, имеющей температуру порядка миллиона градусов и заполняющей значительный объём, аннигиляция почти не происходит — доля позитронов, погибающих в этой фазе, не превосходит 10%.

Кроме того, измеряя энергию аннигиляционной линии и её ширину, мы можем сказать, что позитроны погибают в среде, которая как целое движется относительно Земли со скоростью, не превышающей 40-50 км/с. Действительно, измеренная энергия центра линии совпадает с энергией покоя электрона/позитрона с очень высокой точностью: E/mc2 = 0,99991±0,00015. При общей скорости движения среды относительно нас более 50 км/с эффект Доплера вызвал бы более значительное расхождение. Аналогично, наблюдаемая ширина линии показывает, что разброс внутренних скоростей в среде не превышает 800 км/с.

Все факты свидетельствуют о том, что производство позитронов не связано с самыми массивными звёздами в диске Галактики. Наблюдаемое аннигиляционное излучение концентрируется в её центральной области размером около килопарсека. При этом аннигиляция происходит скорее всего в диффузной среде. Модели, связывающие позитроны с маломассивными звёздами или тёмной материей, выглядят предпочтительными. Задача, которая сейчас стоит перед обсерваторией, — попытаться найти надёжные свидетельства за или против предложенных моделей.

>>>Читайте дальше: Взгляд на Галактику сквозь толщу пыли и газа - Нейтронные звёзды в звёздном ветре.

Галактики Классификация Галактик. Спиральные ГалактикиСпиральные Галактики с перемычкой. Линзообразные и эллиптические ГалактикиНеправильные и взаимодействующие ГалактикиЭволюция ГалактикМлечный ПутьВзгляд на Галактику сквозь толщу пыли и газа [1 2 3 4]Взгляд на инфракрасную Вселенную [1 2]

 
 
Главная В закладки Контакты Новости О проекте Планы сайта

open
© KV


 


 

Свет галактики представляет собой совокупное излучение миллиардов составляющих её звёзд. Когда свет покидает звезду, некоторые частоты (или цвета) поглощаются атомами в её внешних слоях. Образующиеся спектральные линии позволяют сделать вывод, что звёзды в миллионах световых лет от нас состоят из тех же химических элементов, что наше Солнце и соседние звёзды.

Закрыть урок