Antianyagot termelnek a földi viharok

A Föld körül keringő Fermi Gammasugár-Űrtávcsővel dolgozó csillagászok egy eddig ismeretlen jelenséget észleltek, a földi viharok bizonyos körülmények között antianyag sugarakat lövellnek a légkörön kívülre.

A csillagászok szerint az antianyag részecskék földi gammasugár villanásokban, angol rövidítésével élve, TGF-ekben keletkeztek. A rövid kitörések a viharok belsejében kialakuló villámlásokhoz kapcsolhatók. "Ezek a jelek az első bizonyítékok, hogy a zivatarok antianyag részecske sugarakat hoznak létre" - olvasható a tanulmányt vezető Michael Briggs, a Fermi gammasugár kitöréseket figyelő csapata kutatójának állásfoglalásában. "Úgy vélem, jó ideje ez az egyik legizgalmasabb földtudományi felfedezés" - tette hozzá Steven Cummer, a Duke Egyetem szakértője.


Bár az űrtávcsövet a világegyetem nagy energiájú eseményeinek észlelésére tervezték, értékes betekintésekkel szolgál a bolygónkhoz kapcsolódó TGF jelenségbe is. A műhold 2008-as fellövése óta 130 TGF-et azonosított. "A Fermi küldetés alig három év alatt elképesztő eredményeket ért el az univerzum felderítésében, most azonban az is kiderült, hogy az otthonunkhoz egészen közeli rejtélyeket is képes felfedezni" - nyilatkozott Ilana Harrus, a NASA Fermi programjának tudósa.

Az űrtávcső egy 2009. december 14-én keletkezett TGF alkalmával egész nagy távolságból észlelte a gammavillanást. A Fermi Egyiptom fölött helyezkedett el, a vihar délre, körülbelül 4500 kilométerre Zambiában tombolt. A távoli vihar a Fermi horizontja alatt helyezkedett el, ezért az ott keletkezett gammasugarakat nem észlelhette az űreszköz. Bár a Fermi magát a vihart nem látta, mégis mágneses kapcsolatban volt vele. A TGF nagy sebességű elektronokat és pozitronokat hozott létre, amik végig száguldottak a Föld mágneses erővonalai mentén, eltalálva az űrtávcsövet. A sugár áthaladva a Fermin eljutott egy úgynevezett tükörpontig, ahol a mozgása megfordult és 23 milliszekundum múlva másodszor is becsapódott az űreszközbe. A sugár pozitronjai mindkét alkalommal összeütköztek az űrtávcső elektronjaival. A részecskék kioltották egymást gammasugarakat bocsátva ki, amit a Fermi GBM (Gamma-kitörés Figyelő) műszere észlelt.

A viharok legfelső rétegeiben erőteljes elektromos mezők rejtőznek. A tudósok szerint megfelelő körülmények között a mezők elég erőssé válnak, hogy egy felfelé irányuló elektronlavinát indítsanak el. A közel fénysebességet elérő nagy energiájú elektronok a levegő molekuláival összeütközve gammasugarakat bocsátanak ki. Normál esetben ezeket a gammasugarakat észlelik TGF-ként, az elektronlavina azonban akkora energiájú gammarészecskéket is termelt, hogy azok energiája részecskepárokká, elektronokká és pozitronokká alakult, ezek a részecskék érték el a Fermit.


A párképződés feltétele az 1.02 MeV vagy afeletti energiájú gammarészecske. A jelenség a gamma spektroszkópiában régen ismert, a "semmiből keletkező" részecskék létrejönnek ott, ahol a detektorba nagy energiájú, kemény gammasugár érkezik. Eddig a párképződést akkor észlelték, amikor a detektor anyaga nyelte el kemény gamma részecskét, a Fermi esetében azonban a levegőben levő részecskékkel ütközve alakul a tömeggel nem rendelkező gamma-foton tömeggel rendelkező elektron-pozitron párrá. A mostani felfedezés újdonsága, hogy a pozitron nem semmisül meg azonnal a légkör anyagába ütközve, hanem először még "tesz egy kört" a mágneses erővonal mentén. A végén persze így is egy detektorban végzi, de elvileg össze is lehetne gyűjteni a pozitronokat egy elektromágneses csapdában, bár ez egyáltalán nem nevezhető gazdaságosnak.

A pozitronok észlelése azt bizonyítja, hogy sok nagy energiájú részecske lökődik ki a légkörből. A tudósok úgy vélik, az összes TGF elektron-pozitron sugarakat bocsát ki, sőt ugyanez a folyamat más bolygókon, például a Jupiteren és a Szaturnuszon is létezik, azonban a gázóriások esetében ezek a viharok általában a légkör mélyebb rétegeiben alakulnak ki, ezért az antianyag sugarak nem képesek kilépni az űrbe. A felfedezésről készült tanulmányt a Geophysical Research Letters elfogadta publikációra.