大批反物質在地球附近集結,它們從何而來?

星空天文 發佈 2020-01-01T03:55:20+00:00

天文學中有一個謎,即在地球周圍存在著大量反物質粒子,天文學家不知道這些反物質粒子從何而來。NASA參考:NASA’sFermi Mission Links Nearby Pulsar’s Gamma-ray 『Halo』 to Antimatter Puzzlehttps://w

天文學中有一個謎,即在地球周圍存在著大量反物質粒子,天文學家不知道這些反物質粒子從何而來。

「傑敏卡」周圍不同能量級伽馬射線暈的範圍。能量級越高暈越小。NASA

這些反物質是高能正電子,其數量之多,出乎科學家的意料。

正電子是電子的反物質版本。有天文學家認為,這些反物質粒子可能與暗物質有關;也有天文學家推測,這些正電子可能來自太陽系以外,和鄰近的脈衝星有關,但一直無法確認。

脈衝星就是中子星,是大質量恆星爆發後殘留下來的內核。中子星能夠高速自轉。假如它的自轉軸與地球保持特定的角度,其產生的能量束就會直達地球並規律性地掃過地球。在這種情況下,它們看起來就像燈塔一樣,會產生有規律的脈衝信號。所以這樣的中子星被稱為脈衝星。

脈衝星周圍通常會存在大量電子和正電子。這是因為中子星的磁場極為強大。超強的中子星磁場會把粒子拉離脈衝星表面,然後把它們加速到近光速,朝著特定方向輻射出去。

這樣的粒子流就是所謂的宇宙射線。但是當它們抵達地球時,天文學家卻很難確定它們究竟源於何處。因為這些粒子都帶電,會受到磁場的擾動,導致它們的飛行軌跡變得散亂。

2017年,高海拔水切倫科夫伽馬射線天文台(HAWC)確認,雙子座有一顆距離地球大約800光年的脈衝星「傑敏卡」,其周圍存在著一個小而強的伽馬射線暈。這個暈能夠產生能量級為5-40特拉電子伏的伽馬射線。

起初科學家認為,被中子星磁場加速的電子和正電子,在與光子碰撞過程中產生的高能伽馬射線暈,與地球附近正電子的來源有關。然而HAWC的觀測結果卻表明,根據這個暈的規模,脈衝星產生的高能正電子很少能夠抵達地球。如果是這樣,那麼地球附近反物質粒子的來源就更加撲朔迷離了。

但是隨後天文學家又吃驚地發現,在較低的200億電子伏能量級上,「傑敏卡」周圍實際上還存在一個巨大的橢圓形伽馬射線暈。

這個暈相當大,其在天空中所占的面積相當於40個滿月,甚至超過了北斗七星的範圍。研究人員表示,較低能的粒子通常能夠跑得更遠,因此能夠覆蓋更大的天區。而由於「傑敏卡」在空間中運動,所以這個暈呈橢圓形,且拖曳在它身後。

經過分析後人們發現,地球附近的正電子中有大約20%來自「傑敏卡」。鑒於銀河系脈衝星的數量,研究人員相信,脈衝星顯然就是地球附近大量反物質粒子來源的最合理解釋。

「傑敏卡」低能伽馬射線暈和北斗七星在天空中大小的比較。NASA

參考:
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/

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