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Una pulsar sprigiona un gigantesco raggio di materia-antimateria

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Gli astronomi hanno osservato un raggio di materia e antimateria lungo 40 trilioni di miglia con l’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA. Il raggio da record è alimentato da una pulsar, una stella collassata in rapida rotazione con un forte campo magnetico.

Con la sua enorme scala, questo raggio può aiutare a spiegare il numero sorprendentemente elevato di positroni, le controparti di antimateria degli elettroni, presenti in tutta la Via Lattea.

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Gli astronomi hanno scoperto per la prima volta il raggio, o filamento, nel 2020, ma non ne conoscevano l’intera lunghezza perché si estendeva oltre il bordo del rivelatore Chandra. Le nuove osservazioni di Chandra effettuate dalla stessa coppia di ricercatori a febbraio e novembre 2021 mostrano che il filamento è circa tre volte più lungo di quanto originariamente visto. Il filamento si estende per circa la metà del diametro della Luna piena nel cielo, rendendolo il più lungo di una pulsar vista dalla Terra.

È incredibile che una pulsar larga solo 10 miglia possa creare una struttura così grande da poterla vedere da migliaia di anni luce di distanza“, ha affermato Martijn de Vries della Stanford University di Palo Alto, in California, che ha guidato lo studio. “Con la stessa dimensione relativa, se il filamento si estendesse da New York a Los Angeles, la pulsar sarebbe circa 100 volte più piccola del più piccolo oggetto visibile ad occhio nudo“.

La pulsar si chiama PSR J2030+4415 e si trova a circa 1.600 anni luce dalla Terra. Questo oggetto delle dimensioni di una città ruota circa tre volte al secondo, più velocemente della maggior parte dei ventilatori a soffitto.

Questo risultato potrebbe fornire nuove informazioni sulla fonte dell’antimateria della Via Lattea, che è simile alla materia ordinaria ma con le sue cariche elettriche invertite. Ad esempio, un positrone è l’equivalente caricato positivamente dell’elettrone.

Credito: Chandra X-Ray Center

La stragrande maggioranza dell’universo è costituita da materia ordinaria piuttosto che da antimateria. Gli scienziati, tuttavia, continuano a trovare prove di un numero relativamente elevato di positroni nei rivelatori, il che porta alla domanda: quali sono le possibili fonti di questa antimateria?

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I ricercatori del nuovo studio Chandra pensano che pulsar come PSR J2030+4415 possano essere una risposta. La combinazione di due estremi – rotazione rapida e campi magnetici elevati delle pulsar – porta all’accelerazione delle particelle e alla radiazione ad alta energia che crea coppie di elettroni e positroni (il solito processo di conversione della massa in energia, notoriamente determinato dall’equazione E = mc 2 di Albert Einstein, viene invertito e l’energia viene convertita in massa).

La pulsar potrebbe espellere questi positroni nella galassia. Le pulsar generano venti di particelle cariche che di solito sono confinate all’interno dei loro potenti campi magnetici. La pulsar sta viaggiando attraverso lo spazio interstellare a circa un milione di miglia orarie. Una scarica di gas si muove davanti alla pulsar, simile all’accumulo di acqua davanti a una barca in movimento. Tuttavia, circa 20 o 30 anni fa il movimento dell’urto ad arco sembra essersi fermato e la pulsar lo ha raggiunto, determinando un’interazione con il campo magnetico interstellare che corre quasi in linea retta da sinistra a destra.

Questo probabilmente ha innescato una perdita di particelle“, ha detto il coautore Roger Romani, anche lui di Stanford. “Il campo magnetico del vento della pulsar si è collegato al campo magnetico interstellare e gli elettroni e i positroni ad alta energia sono schizzati fuori attraverso un ugello formato dalla connessione“.

Quando le particelle si sono poi spostate lungo quella linea del campo magnetico interstellare a circa un terzo della velocità della luce, l’hanno illuminata con i raggi X. Questo ha prodotto il lungo filamento visto da Chandra.

In precedenza, gli astronomi hanno osservato grandi aloni intorno alle pulsar, prossimi alla luce dei raggi gamma che implicano che i positroni energetici generalmente hanno difficoltà a fuoriuscire. Ciò mina l’idea che le pulsar spieghino l’eccesso di positroni rilevato dagli scienziati. Tuttavia, i filamenti di pulsar recentemente scoperti, come PSR J2030+4415, mostrano che le particelle possono effettivamente fuggire nello spazio interstellare e alla fine potrebbero raggiungere la Terra.

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Un documento che descrive questi risultati apparirà su The Astrophysical Journal ed è disponibile online.

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