Een team van astrofysici heeft het mysterie van de verspreiding van gammastraling in ons Melkwegstelsel opgelost. Terwijl sommige onderzoekers dachten dat de verspreiding een vorm van niet-detecteerbare 'donkere materie' suggereerde, stelde het team van de University of California, San Diego, een verklaring voor op basis van standaard fysieke modellen van de melkweg.
In twee afzonderlijke wetenschappelijke artikelen, waarvan de meest recente verschijnt in het nummer van 10 juli van het tijdschrift Physical Review Letters, laten de astrofysici zien dat deze verdeling van gammastraling kan worden verklaard door de manier waarop "antimaterie positronen" uit het radioactieve verval van elementen, gecreëerd door enorme sterexplosies in de melkweg, verspreiden zich door de melkweg. Dat betekent dat de waargenomen verdeling van gammastraling, aldus de wetenschappers, geen bewijs is voor donkere materie.
"Er is geen groot mysterie", zegt Richard Lingenfelter, een onderzoekwetenschapper bij het UC San Diego Center for Astrophysics and Space Sciences die de studies heeft uitgevoerd met Richard Rothschild, een onderzoekwetenschapper ook aan de UCSD, en James Higdon, een natuurkundeprofessor aan de Claremont Hogescholen. "De waargenomen verdeling van gammastralen komt in feite redelijk overeen met het standaardbeeld."
In de afgelopen vijf jaar hebben gammastraalmetingen van de Europese satelliet INTEGRAL astronomen perplex gemaakt, waardoor sommigen beweerden dat er een "groot mysterie" bestond omdat de verdeling van deze gammastralen over verschillende delen van het Melkwegstelsel niet was zoals verwacht.
Om de oorzaak van dit mysterie te verklaren, hadden sommige astronomen het bestaan verondersteld van verschillende vormen van donkere materie, waarvan astronomen vermoeden dat ze bestaan - van de ongebruikelijke zwaartekrachteffecten op zichtbare materie zoals sterren en sterrenstelsels - maar die ze nog niet hebben gevonden.
Wat zeker is, is dat ons sterrenstelsel - en andere - gevuld zijn met kleine subatomaire deeltjes die bekend staan als positronen, de antimaterie-tegenhanger van typische, alledaagse elektronen. Wanneer een elektron en een positron elkaar in de ruimte ontmoeten, vernietigen de twee deeltjes en komt hun energie vrij als gammastraling. Dat wil zeggen, het elektron en het positron verdwijnen en er verschijnen twee of drie gammastralen.
"Deze positronen worden geboren met bijna de snelheid van het licht en reizen duizenden lichtjaren voordat ze voldoende vertragen in dichte gaswolken om de kans te krijgen om samen te gaan met een elektron om te vernietigen in een dodendans", legt Higdon uit. 'Hun vertraging komt voort uit de weerstand van andere deeltjes tijdens hun reis door de ruimte. Hun reis wordt ook belemmerd door de vele fluctuaties in het galactische magnetische veld die hen heen en weer verspreiden terwijl ze verder bewegen. Dit alles moet in aanmerking worden genomen bij het berekenen van de gemiddelde afstand die de positronen zouden afleggen vanaf hun geboorteplaats in supernova-explosies. ”
'Sommige positronen gaan naar het centrum van de Melkweg, sommige naar de buitenste regionen van de Melkweg die bekend staan als de galactische halo, en sommige zitten vast in de spiraalarmen', zei Rothschild. "Hoewel we dit tot in detail kunnen berekenen, gaan we nog steeds veel verder dan de snelste supercomputers, maar we konden gebruiken wat we weten over hoe elektronen door het zonnestelsel reizen en wat we kunnen afleiden over hun reizen elders om te schatten hoe hun antimaterie-tegenhangers de melkweg doordringen . '
De wetenschappers berekenden dat de meeste gammastralen geconcentreerd zouden moeten zijn in de binnenste regionen van de melkweg, net zoals waargenomen door de satellietgegevens, meldde het team in een paper dat vorige maand in het Astrophysical Journal verscheen.
"De waargenomen distributie van gammastralen komt overeen met het standaardbeeld waar de bron van positronen het radioactieve verval is van isotopen van nikkel, titanium en aluminium die worden geproduceerd bij supernova-explosies van sterren die zwaarder zijn dan de zon", aldus Rothschild.
In hun begeleidende artikel in het nummer van Physical Review Letters van deze week, wijzen de wetenschappers erop dat een basisaanname van een van de meer exotische verklaringen voor het vermeende mysterie - verval van donkere materie of vernietigingen - gebrekkig is, omdat het veronderstelt dat de positronen zeer vernietigen dicht bij de exploderende sterren waaruit ze afkomstig zijn.
"We hebben duidelijk aangetoond dat dit niet het geval was en dat de verdeling van de gammastraling die door de gammastraal-satelliet werd waargenomen, geen detectie of indicatie was van een" signaal van donkere materie "," zei Lingenfelter.
Bron: UC San Diego
