天文学中有一个谜,即在地球周围存在着大量反物质粒子,天文学家不知道这些反物质粒子从何而来。

大批反物质在地球附近集结,它们从何而来?-MAAMX

“杰敏卡”周围不同能量级伽马射线晕的范围。能量级越高晕越小。NASA

这些反物质是高能正电子,其数量之多,出乎科学家的意料。

正电子是电子的反物质版本。有天文学家认为,这些反物质粒子可能与暗物质有关;也有天文学家推测,这些正电子可能来自太阳系以外,和邻近的脉冲星有关,但一直无法确认。

脉冲星就是中子星,是大质量恒星爆发后残留下来的内核。中子星能够高速自转。假如它的自转轴与地球保持特定的角度,其产生的能量束就会直达地球并规律性地扫过地球。在这种情况下,它们看起来就像灯塔一样,会产生有规律的脉冲信号。所以这样的中子星被称为脉冲星。

脉冲星周围通常会存在大量电子和正电子。这是因为中子星的磁场极为强大。超强的中子星磁场会把粒子拉离脉冲星表面,然后把它们加速到近光速,朝着特定方向辐射出去。

这样的粒子流就是所谓的宇宙射线。但是当它们抵达地球时,天文学家却很难确定它们究竟源于何处。因为这些粒子都带电,会受到磁场的扰动,导致它们的飞行轨迹变得散乱。

2017年,高海拔水切伦科夫伽马射线天文台(HAWC)确认,双子座有一颗距离地球大约800光年的脉冲星“杰敏卡”,其周围存在着一个小而强的伽马射线晕。这个晕能够产生能量级为5-40特拉电子伏的伽马射线。

大批反物质在地球附近集结,它们从何而来?-MAAMX

起初科学家认为,被中子星磁场加速的电子和正电子,在与光子碰撞过程中产生的高能伽马射线晕,与地球附近正电子的来源有关。然而HAWC的观测结果却表明,根据这个晕的规模,脉冲星产生的高能正电子很少能够抵达地球。如果是这样,那么地球附近反物质粒子的来源就更加扑朔迷离了。

但是随后天文学家又吃惊地发现,在较低的200亿电子伏能量级上,“杰敏卡”周围实际上还存在一个巨大的椭圆形伽马射线晕。

这个晕相当大,其在天空中所占的面积相当于40个满月,甚至超过了北斗七星的范围。研究人员表示,较低能的粒子通常能够跑得更远,因此能够覆盖更大的天区。而由于“杰敏卡”在空间中运动,所以这个晕呈椭圆形,且拖曳在它身后。

经过分析后人们发现,地球附近的正电子中有大约20%来自“杰敏卡”。鉴于银河系脉冲星的数量,研究人员相信,脉冲星显然就是地球附近大量反物质粒子来源的最合理解释。

大批反物质在地球附近集结,它们从何而来?-MAAMX

“杰敏卡”低能伽马射线晕和北斗七星在天空中大小的比较。NASA

参考:
NASA’s Fermi Mission Links Nearby Pulsar’s Gamma-ray ‘Halo’ to Antimatter Puzzle
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/nasa-s-fermi-mission-links-nearby-pulsar-s-gamma-ray-halo-to-antimatter-puzzle/