Antimaterija išsilieja iš Paukščių Tako: pozitronų paslaptis

Įsivaizduokite gama spindulių fotonus kaip pirštų atspaudus, likusius ten, kur materija susitinka su savo veidrodiniu atvaizdu. Jie pasirodo labai konkrečioje energijoje, 511 kiloelektronvoltų, žyminčioje pozitrono ir elektrono anihiliaciją. Dešimtmečius astronomai sekė šiuos atspaudus Paukščių Take, bandydami nustatyti, kur Galaktika gamina savo antimateriją. Žemėlapis niekada visiškai nesutapo.

Problema paprasta išsakyti ir atkakli spręsti: matome gerokai daugiau pozitronų anihiliacijos spinduliavimo, nei, kaip atrodo, gali pagaminti įprasti šaltiniai, tokie kaip supernovos, pulsarai, juodosios skylės ir gerai žinomi radioaktyvūs izotopai. Iš kur kyla visi tie pozitronai? Ir kaip toli jie nukeliauja, kol susitinka su elektronu ir išnyksta gama spindulių blyksnyje?

Naujasis detektyvinis darbas, remiantis dviem dešimtmečiais ESOS INTEGRAL gama spindulių observatorijos stebėjimų, nukreipia tą mįslę netikėta linkme. Kai tyrėjai sujungė visus teleskopo duomenis, pasirodė raštai netikėtose vietose: signalai sklinda ne iš perpildytos galaktikos plokštumos, o iš aukštai virš jos, susiję su dideliais dujų srautais, judančiais per halą.

Išsiskyrė dvi sritys. Viena yra Kompleksas C, milžiniškas vandenilio dujų debesis, leidžiantis žemyn link Paukščių Tako. Kita siejasi su Magelano srautu, ilga dujinė uodega, ištraukiama iš Mažosios ir Didžiosios Magelano Debesų dėl potvynių jėgų. Nei vienas debesis nėra natūrali pozitronų gamykla. Vis dėlto abu rodo silpną, būdingą 511 keV fotonų švytėjimą.

Toks derinys siūlo kitokią versiją: pozitronai gimsta Galaktikoje ir vėliau keliauja dideliais atstumais, išeina iš disko ir apšviečia halą, kai pagaliau anihiliuoja. Kitaip tariant, Paukščių Takas gali leisti antimaterijai prasiskverbti į savo pakraščius, o ne apriboti anihiliaciją perpildytose centrinėse srityse, kur pirmą kartą pastebėjome pertekliaus požymius.

Jei ši interpretacija pasitvirtins, Galaktika gali gaminti maždaug du ar tris kartus daugiau pozitronų nei anksčiau manyta; tai būtų milžiniškas masto poslinkis reiškiniui, kuris dešimtmečius vargino astronomus.

Mokslininkai elgėsi atsargiai. Jie padalijo INTEGRAL duomenis į dalis, atnaujino vaizdus per skirtingus laiko intervalus ir susumavo daugelio metų stebėjimus, kad patikrintų, ar signalai išlieka. Jie išliko. Modelis stiprėja, kai kaupiasi daugiau duomenų, kas paneigia instrumentines ypatybes ar atsitiktinį triukšmą. Statistiškai aptikimas siekia apie keturis sigma, taigi mažai tikėtinas atsitiktinumas, bet vis dar nepasiekęs tradicinio penkių sigma lygio, reikalingo formaliam atradimui aukštos energijos astrofizikoje.

Taigi kas galėtų generuoti tiek judrių pozitronų? Žinomi astrofiziniai varikliai tikrai prisideda, bet nepakankamai. Arba įprasti šaltiniai įstumia pozitronus su tokiais greičiais arba per tokius perdavimo mechanizmus, kuriuos nuvertinome, leisdami jiems plaukti galaktiniais vėjais ir magnetiniais laukais į halą; arba trūksta papildomų šaltinių, galbūt egzotinės dalelių fizikos reiškinių arba nepastebėtų kompaktiškų objektų populiacijų.

Atsakymai priklausys nuo aštresnių žvilgsnių. INTEGRAL ilgas duomenų rinkinys pateikė pirmą užuominą, kad antimaterija gali pasišalinti iš disko. Kitas veiksmas priklauso naujai instrumentų kartai. NASA planuojamas Komptono teleskopas ir spektrometras, numatytas paleisti 2027 m., skirtas žemų intensyvumų gama linijų kartografavimui su didesniu jautrumu ir bus lemiamas patvirtinant halos signalus bei matuojant jų intensyvumą.

Atradimas pakeičia vietos klausimą į platesnį galaktinės ekologijos klausimą: kaip dalelės gimsta, yra pernešamos ir sunaikinamos per didžiules erdvės apimtis. Paukščių Takas nėra uždara dėžė. Jis kvėpuoja, ir kartais tas kvėpavimas, atrodo, neša antimateriją į tamsą.