天文学有一个谜,就是地球周围存在着大量的反物质粒子,而天文学家并不知道这些反物质粒子从何而来。

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“杰敏卡”周围不同能级的伽马光晕范围。能级越高,光晕越小。NASA

这些反物质是高能正电子,数量比科学家预想的还要多。

正电子是电子的反物质版本。一些天文学家认为,这些反物质粒子可能与暗物质有关;一些天文学家推测,这些正电子可能来自太阳系外,与附近的脉冲星有关,但一直无法证实。

脉冲星是一颗中子星,是大质量恒星爆炸留下的核心。中子星可以高速旋转。如果它的自转轴与地球保持一定角度,它产生的能量束就会有规律地到达地球并扫过地球。在这种情况下,它们看起来像灯塔,产生有规律的脉冲信号。所以这样的中子星被称为脉冲星。

脉冲星周围通常有很多电子和正电子。这是因为中子星的磁场非常强。超强中子星的磁场将粒子从脉冲星表面拉开,将它们加速到接近光速,并向特定方向辐射。

这种粒子流被称为宇宙射线。但是当它们到达地球时,天文学家很难确定它们的起源地。由于这些粒子带电,它们会受到磁场的干扰,导致它们的飞行轨迹变得分散。

2017年,高空水切伦科夫伽马射线天文台(HAWC)证实,在双子座距离地球约800光年处有一颗脉冲星“杰敏卡”,并且有一颗小而强大的伽马射线晕在它周围。这个晕能够产生能量为5-40TeV的伽马射线。

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起初,科学家认为中子星磁场加速的电子和正电子,以及与光子碰撞时产生的高能伽马射线晕,与地球附近的正电子来源有关。然而,HAWC观测表明,考虑到光晕的大小,脉冲星产生的高能正电子中很少有到达地球的。如果是这样,地球附近反物质粒子的来源就更加扑朔迷离了。

但随后天文学家惊奇地发现,在200亿电子伏特的较低能级,“杰敏卡”周围竟然存在着一个巨大的椭圆形伽马射线晕。

这个光环相当大,在天空中占据的面积相当于40个满月,比北斗七星还要大。研究人员说,能量较低的粒子通常能够传播得更远,从而覆盖更大的天空区域。又因为“杰敏卡”在空间移动,这个光环呈椭圆形,拖在它身后。

人们经过分析发现,地球附近的正电子大约有20%来自“杰敏卡”。考虑到银河系中脉冲星的数量,研究人员认为脉冲星是地球附近反物质粒子数量最多的最合理解释。

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“杰敏卡”低能伽马晕与天上北斗七星大小对比。NASA

参考:
NASA的费米任务将附近脉冲星的伽马射线“光环”与反物质之谜联系起来
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/nasa-s-费米任务链接附近的脉冲星-s-伽马射线光晕到反物质拼图/