منبع احتمالی فوتون‌های هسته کهکشان شناسایی شد!

به گزارش مجله خبری نگار/برنا،پژوهشگران اخترفیزیک منبع احتمالی فوتون‌های ۵۱۱ کیلوالکترون‌ولت را که در هسته کهکشان به طور غیرمعمول مشاهده می‌شوند، مورد بررسی قرار داده‌اند.

بر اساس مطالعه‌ای تازه باینری‌های پالسار هزاره‌ای (MSP) می‌توانند نقش مهمی در تولید این فوتون‌ها داشته باشند و حتی امکان آشکارسازی پالسار‌های پنهان و سیاره‌های فراخورشیدی را فراهم کنند.

به گزارش sciencedaily، اخترفیزیکدانان مدت‌هاست تلاش می‌کنند منشأ انواع مختلف فوتون‌ها را شناسایی کنند، زیرا برخی فوتون‌ها با فرآیند‌های کیهانی خاص مرتبط هستند. یکی از موارد جذاب، فوتون‌های موسوم به خط ۵۱۱ کیلوالکترون‌ولت است که تعداد غیرمعمول بالایی از آنها در نزدیکی هسته کهکشان دیده می‌شود. تاکنون هیچ منبع شناخته‌شده‌ای قادر به تولید این فوتون‌ها در چنین مقدار فراوان نبوده است. پژوهش جدید زاکاری متزلر و زوراور وادیاسینگ از دانشگاه مریلند و مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا پیشنهاد می‌کند که باینری‌های پالسار هزاره‌ای می‌توانند سهم قابل توجهی در این پدیده داشته باشند.

اهمیت فوتون‌های ۵۱۱ کیلوالکترون‌ولت

فوتون‌های ۵۱۱ کیلوالکترون‌ولت با انرژی ۵۱۱ کیلوالکترون‌ولت و طول موج ۲٫۴۲۷ پیکومتر در محدوده پرتو گاما قرار دارند. این فوتون‌ها به دلیل تولید از طریق خط نابودی (annihilation line) خاص هستند؛ پدیده‌ای که در آن یک پوزیترون و یک الکترون با هم برخورد کرده و انرژی آنها به صورت فوتون‌های ۵۱۱ کیلوالکترون‌ولت آزاد می‌شود. شناسایی منبع این فوتون‌ها در هسته کهکشان به معنای کشف یک منبع فراوان از نابودی الکترون-پوزیترون خواهد بود.

منابع احتمالی اخترفیزیکی

منابع متعددی برای تولید فوتون‌های ۵۱۱ کیلوالکترون‌ولت پیشنهاد شده‌اند، از جمله سامانه‌های جت دوتایی پرتو ایکس و حتی نابودی ماده تاریک. با این حال متزلر و وادیاسینگ معتقدند نوع خاصی از باینری‌های پالسار، یعنی باینری‌های پالسار هزاره‌ای می‌تواند نقش مهمی ایفا کند. در این سیستم‌ها، پالسار با دوره چرخش چند میلی‌ثانیه‌ای با یک ستاره همراه می‌شود و تعاملات پیچیده‌ای شکل می‌گیرد که می‌تواند منجر به تولید فوتون‌های ۵۱۱ کیلوالکترون‌ولت شود.

فرآیند تولید فوتون در باینری‌های پالسار

در مدل‌سازی انجام‌شده توسط پژوهشگران چندین پیکربندی باینری‌های MSP بررسی شد. نتایج نشان داد که این سیستم‌ها ویژگی‌های منحصربه‌فردی دارند که می‌تواند با تلسکوپ‌های نسل بعدی پرتو گاما و آشکارساز‌های امواج گرانشی بررسی شود. ترکیب این دو روش مشاهده‌ای بهترین تصویر ممکن از باینری‌های MSP را ارائه می‌دهد.

سرنخ‌هایی درباره سیاره‌های فراخورشیدی و ترکیب ستارگان

یکی از جنبه‌های تحقیق بررسی اثرات احتمالی سیاره‌های فراخورشیدی در این سیستم‌هاست. سیگنال ۵۱۱ کیلوالکترون‌ولت می‌تواند بسته به دینامیک مداری سیستم تغییر کند و شیفت‌های طیفی قرمز/آبی ایجاد کند، که اطلاعاتی درباره ترکیب ستاره همراه و حضور سیاره‌های احتمالی در سیستم فراهم می‌آورد. همچنین سیستم‌های فوق‌فشرده که در آن پالسار و ستاره همراه به هم نزدیک هستند، تولید خطوط ۵۱۱ کیلوالکترون‌ولت قوی‌تری خواهند داشت و این فرصت را ایجاد می‌کند تا باینری‌های نادیده گرفته‌شده در مطالعات قبلی شناسایی شوند.

آشکارسازی پالسار‌های پنهان

پالسار‌ها معمولاً به دلیل تابش پرتو انرژی خود شناسایی می‌شوند که به زمین می‌رسد، اما بسیاری از پالسار‌ها هستند که پرتو آنها به زمین نمی‌تابد و بنابراین مشاهده نمی‌شوند. باینری‌های MSP امکان شناسایی این پالسار‌های پنهان را از طریق فوتون‌های ۵۱۱ کیلوالکترون‌ولت فراهم می‌کنند، زیرا این فوتون‌ها پس از برخورد پرتو پالسار با جو بالایی ستاره همراه تولید می‌شوند و جهت‌گیری آنها محدود به پرتو پالسار نیست.

این مطالعه تاکنون نظری است و با مدل‌سازی همراه بوده است. انتظار می‌رود با راه‌اندازی تلسکوپ‌هایی مانند Compton Spectrometer and Imager (COSI) در سال ۲۰۲۷، داده‌های کافی برای آزمایش این نظریه جمع‌آوری شود و امکان ردیابی فوتون‌های ۵۱۱ کیلوالکترون‌ولت از منابع مختلف فراهم گردد.