Дифузне фонове випромінювання високої енергії
Коли ми дивимося на чисте нічне небо, нас часто заворожує іскристий видовищний виступ зірок і планет, розсіяних по глибокій темряві. Проте, якщо ми могли б налаштувати свій зір, щоб сприймати рентгенівські або гамма-випромінювання, картина б різко змінилася. Замість чорної безодні, небеса випромінювали б м’яке світло. Це явище, відоме як дифузний фоновий випромінювання високої енергії, охоплює рентгенівське та гамма-випромінювання, яке заповнює нашу небесну околицю. Вивчаючи ці випромінювання на різних довжинах хвиль, що відповідають різним рівням енергії, ми розкриваємо таємниці цього вражаючого космічного освітлення.
Дифузне фонове рентгенівське випромінювання
На нижчих енергіях рентгенівського випромінювання, приблизно 1/4 кеВ, космос виявляє м’яке сяйво, головним чином через випромінювання, яке виходить з інтенсивно нагрітого газу, що знаходиться в міжзоряному середовищі. Цей газ досягає вражаючих температур, близько 1 мільйона градусів за Цельсієм, нагрітого двома домінуючими процесами: вибуховими наслідками наднових, які залишають після себе яскраві уламки, та потужними зірковими вітрами від масивних, молодих зірок, які термічно надувають своє навколишнє середовище, створюючи те, що можна уявити як “пухирці” зіркових вітрів.
Коли ми піднімаємося до вищих рівнів енергії рентгенівського випромінювання, особливо тих, що вище 1/2 кеВ, ландшафт дифузного фону зазнає суттєвої трансформації. Хоча сигнали від уламків наднових та пухирців зіркових вітрів залишаються помітними, їхня значимість зменшується. Значна частина рентгенівського фоновий випромінювання походить від окремих точкових джерел, розсіяних по Всесвіту. Багато з цього випромінювання походить за межами нашої Галактики, створюючи плямистий малюнок освітлення — яскравіший в певних місцях і трошки слабший в інших, що є прямим відображенням структури нашої галактики.
Несподівано, на енергіях, що перевищують 1 кеВ, те, що ми називаємо “дифузним”, насправді не є справжнім дифузним. Натомість, це переважно є результатом безлічі далеких джерел. Спостереження за глибоким небом виявляють, що це фонове випромінювання до великої міри зумовлене окремими далекими об’єктами, особливо квазаром, які надають багатий обсяг інформації з віддаленого космосу. Дійсно, найглибші аналізи з ROSAT показують, що більше 80% дифузного фону між 0.5 кеВ і 2 кеВ були відзначені як окремі, віддалені джерела.
Дифузне фонове гамма-випромінювання
У царині гамма-випромінювання, хоча безліч окремих джерел сприяє виявленій люмінесценції неба, значна частина походить з газу, що міститься у нашій власній Галактиці. Гамма-випромінювання формує характерний пояс по небесному полотну, що характеризує дифузне гамма-випромінювання. Проте істотна частка цього гамма-випромінювання походить з екстрагалактичних джерел, що уявляє собою тонке сяйво космосу, яке оточує Чумацький Шлях.
У нашій галактиці існують різні типи дифузного гамма-випромінювання. Вражаюча ілюстрація зображує один різновид гамма-випромінювання, за допомогою якого яскраво-жовтий та червоний пояс позначає високоенергетичне випромінювання, що виникає в результаті зіткнення космічних променів з міжзоряним газом. Коли цей газ активізується космічними променями, він випромінює гамма-промені на енергіях, що перевищують 100 МеВ, явище, яке також спостерігається в сусідніх галактиках, таких як Велика Магелланова Хмара.
Ще одним привабливим джерелом дифузного гамма-випромінювання є центральна область нашої галактики, як це показано даними, зібраними з обсерваторії гамма-випромінювання Комpton за допомогою приладу COMPTEL. Це зображення підкреслює гамма-випромінювання, яке випромінюється радіоактивним ізотопом алюмінію, відомим як 26Al. Дослідники висунули гіпотезу, що 26Al походить з вибухових нов, або масивних зірок, прогнозуючи накопичення поблизу галактичного ядра, де присутність таких масивних зірок буде найбільш помітною. Дивно, але розподіл гамма-випромінювання 26Al, виявлений COMPTEL, виглядає більш складним, ніж очікувалося, демонструючи просторово локалізовану структуру, а не рівномірне сяйво.
Крім того, інтенсивна взаємодія між матерії та антиматерією забезпечує ще одне джерело дифузного гамма-випромінювання. Конкретні галактичні події призводять до виробництва позитронів — фактично антиматеріальних аналогів електронів. Коли ці позитрони зустрічаються з електронами, відбувається знищення, в результаті чого вивільнюється сплеск гамма-енергії на 511 кеВ. Це явище унікально впливає на більш широкий дифузний гамма-фон в нашій галактиці.
Більше того, численні менш насильницькі механізми генерують гамма-промені на точних енергіях, в сукупності збагачуючи дифузний гамма-ландшафт. Особливо варта уваги область у сузір’ї Оріона, відома тим, що випромінює гамма-промені в діапазоні від 3 до 7 МеВ. Хоча гамма-промені 511 кеВ сигналізують про конкретні події, емісії, виявлені в Оріоні, натякають на більш звичайні випадки, такі як молекулярні складові — вуглець та кисень — в його міжзоряному газі.
Дифузні гамма-випромінювання, що походять за межами нашого Чумацького Шляху, ймовірно, виникають з колективного світла далеких об’єктів, переважно активних галактичних ядер (AGN), які випромінюють надзвичайні кількості гамма- та рентгенівської енергії. AGN мають вражаючу схожість з квазарами та є основними внесками в рентгенівський фон за межами нашої галактики.
Ретельне дослідження дифузного гамма-фону є областю, що розвивається, яка обіцяє значні відкриття в міру поліпшення наших спостережних технологій. Майбутні дослідження обіцяють висвітлити одне з основних питань в астрономії: еволюція матерії, яку ми бачимо розкиданою по Всесвіту.
