Bouřky produkují antihmotu

S pomocí gama detektoru na americké družici Fermi byl zaznamenán jev, který dosud nikdo nepozoroval. Proudy antihmoty se utváří nad pozemskými bouřemi.

Vědci se domnívají, že částice antihmoty vznikají uvnitř silných bouří při pozemních záblescích gama (TGF z anglického Terrestrial Gamma-ray Flash), souvisejících s blesky. Předpokládá se, že celosvětově dojde asi k 500 zábleskům TGF denně, ovšem většina jich není zaznamenána.

"Získaná data jsou prvním přímým důkazem, že bouře vyvolávají proudy částic antihmoty." prohlásil Michael Briggs, člen výzkumného týmu z University of Alabama v Huntsville, který zpracovává data přístroje Gamma-ray Burst Monitor (GBM) na družici Fermi. Výsledky svého týmu prezentoval v pondělí 11. ledna 2011 při setkání Americké Astronomické Společnosti (AAS) v Seattlu.

Družice Fermi je uzpůsobena pro detekci gama záření, nejenergičtějšího záření elektromagnetického spektra. Když antičástice zasáhnou těleso družice, dojde k jejich interakci s částicemi normální hmoty. Obě částice okamžitě anihilují a přemění se na záření gama. Přístroj GBM zaznamenal záření o energii 511 keV, z čehož lze usuzovat, že šlo o případ, kdy se elektron setkal se svojí antičásticí pozitronem.

Bouře s blesky

Ačkoliv je přístroj GBM na družici Fermi určen k pozorování vysokoenergetických jevů ve vesmíru, zároveň provádí i hodnotná pozorování těchto zvláštních úkazů v bouřkách. GBM neustále sleduje celou oblohu nad sebou i Zemi pod sebou. Od roku 2008, kdy byla družice Fermi vypuštěna na oběžnou dráhu, bylo přístrojem GBM zaznamenáno 130 záblesků TGF.

"Za necelé tři roky, co družice Fermi obíhá okolo Země, prokázala, že je úžasným nástrojem pro průzkum vesmíru. Naučila nás, že dokáže objevit záhady i mnohem, mnohem blíže svému domovu." říká Ilana Harrusová, vědecká pracovnice programu Fermi.

Při pozorování většiny záblesků TGF byla družice Fermi přímo nad bouří, ovšem ve čtyřech případech byly bouře od družice daleko. Navíc tím, že blesky vyvolávají signály v rádiové části spektra, které lze zachytit a následně lokalizovat celosvětovou sledovací sítí, bylo zjištěno, že jediné blesky během okamžiků těchto záblesků TGF byly nejméně stovky kilometrů daleko. Během jednoho takového záblesku, který nastal 14. prosince 2009, právě prolétala družice Fermi nad Egyptem. Aktivní bouře, v níž k záblesku došlo, však byla v Zambii, asi 4 500 km jižněji. Vzdálená bouře byla z pohledu Fermi za horizontem a tak neměly být detekovány žádné paprsky gama.

"Ačkoli Fermi nemohl vidět bouři, družice s ní byla přesto spojena magneticky." řekl Joseph Dwyen z Florida Institute of Technology ve floridském Melbourne. "Záblesk TGF generoval směrem vzhůru vysoce urychlené elektrony a pozitrony, které pak ovlivněny zemským magnetickým polem letěly podél jeho siločar a zasáhly družici."

Paprsek pokračoval dále za Fermi do místa, známého jako magnetické zrcadlo, kde se směr pohybu částic otočil o 180° a podruhé zasáhl družici 23 ms po prvním zásahu. V obou případech se proud pozitronů srážel s elektrony v materiálu družice, následné anihilace emitovaly záření gama, které registroval přístroj GBM.

Vědci dlouho předpokládali, že záblesky TGF se objevují v silných elektrických polích blízko vrcholku bouří. Podle nich, pokud nastanou správné podmínky, intenzita pole naroste tak, že vzhůru vylétne lavina elektronů. Tyto vysokoenergetické elektrony dosahují rychlostí blízkých rychlosti světla, a když jsou odchýleny ze své dráhy molekulami vzduchu, vyzařují paprsky gama. Tyto paprsky jsou normálně detekovány jako záblesky TGF.

Ovšem takto brzděné elektrony produkují tolik záření gama, že tyto záblesky se rozlétnou jako elektrony a pozitrony ven z atmosféry. To se přihodí, když se energie vyzářeného paprsku gama přemění do páru částice a antičástice: elektronu a pozitronu. Právě tyto částice pak dosáhnou oběžné dráhy družice Fermi.

Objev zmíněných pozitronů prokazuje, že z atmosféry uniká množství vysokoenergetických částic. Popravdě, vědci si nyní myslí, že všechny záblesky TGF vyzařují proudy elektron-pozitronových párů. Článek o tomto objevu již byl přijat k publikování v Geophysical Research Letters.

"Výsledky z družice Fermi nás posunuly o krůček blíže k pochopení toho, jak záblesky TGF fungují." řekl Steven Cummer z Duke University. "Nyní musíme zjistit, čím jsou výjimečné bouřky, které TGF produkují a také přesnou roli, kterou při tomto procesu hrají blesky."

Ondřej Trnka, 8.3.2011

Zpět na hlavní stranu