超新星爆發可能解決40多年來的反物質之謎

最新 07-12

這幅藝術概念圖表現了兩顆即將發生碰撞的白矮星。新研究表明，銀河系中數量龐大的正電子可能來自於一類特殊的超新星，即低質量白矮星碰撞產生的超新星爆發。這種爆發事件很難發現，但富含能夠產生正電子的同位素。

一項新研究發現，大部分遍布銀河系中的反物質可能是死亡恆星碰撞的殘餘物。

研究人員說，這項研究有可能能夠解決四十多年以來困擾著我們的反物質之謎。

每一個物質粒子都有一個對應的反物質粒子，兩者質量相同，電荷相反。舉例來說，帶負電荷電子的反物質粒子，就是帶正電荷的正電子。一個粒子與其反粒子相遇時就會同時湮滅，並釋放出巨大的能量。1克反物質同1克物質湮滅釋放出的能量相當於日本廣島原子彈的兩倍。

正電子湮滅時會釋放出伽馬射線，科學家在四十年前第一次檢測到了銀河系中放射出的伽馬射線。這一發現表明，銀河系總每秒鐘有10的43次方（1的後面有43個0）數量的正電子發生湮滅反應。奇怪的是，大部分正電子都是在銀河系的中心部位檢測到的，而不是銀盤的外部邊緣，雖然中心的質量還不到銀河系總質量的一半。

這些正電子可能是由恆星內合成的反射性物質釋放出來的。但數十年來，研究人員一直無法確定何種恆星可產生如此巨量的反物質。這讓人們不禁想到，這些正電子可能是由外部來源產生的，例如超大質量黑洞——銀河系中心就有這樣一顆黑洞——也有可能是暗物質粒子相互湮滅時產生的。

「正電子源於何方是天體物理學上一個延續了四十多年的謎團，」羅蘭·克羅克說。克羅克是這項新研究的第一作者，也是堪培拉澳大利亞國立大學的粒子天體物理學家。這項新研究表明，恆星發生巨大爆炸時形成的超新星能夠產生大量之前研究觀測到的正電子，這項研究還解釋了正電子在銀河系中被觀測到的位置。

「我們並不需要使用暗物質等外部因素就可以解釋正電子，」克羅克向Space.com的記者說道。

科學家們重點關注的是SN 1991bg這一類超新星，它們在其他星系中也能觀測到。大多數超新星會在較短時間內發出光線，亮度比所在星系的其他恆星都要高。與這些超新星不同，這一類超新星數量很少，也不會產生大量的可見光，這也是以前沒有在銀河系中觀測到這類超新星的原因。

之前的研究認為，這些微暗的超新星是由兩個白矮星碰撞產生的。白矮星密度極大，體積和地球差不多，是恆星耗盡燃料，失去外殼之後的恆星殘餘物。絕大多數恆星，包括太陽，最終都會變成白矮星。

一般認為，當兩個低質量白矮星，一個富含碳和氧、一個富含氦，撞擊在一起時，就會產生出現這種微暗的超新星。儘管這種超新星比普通的超新星要少得多，但它們能夠產生更多的放射性同位素，例如鈦44，這種同位素可以產生多種正電子。據天文學家觀測，這些正電子正在銀河系中四處遊盪。

新研究還表明，這些超新星已經足以產生所有之前沒有得到解釋的正電子，這樣就解決了這個銀河系的謎團。

很多超新星都是在年輕巨星死亡時出現的，SN 1991bg這一類超新星一般出現於壽命為三十到六十億年的老年恆星附近。這種恆星年齡上的差異可以解釋，為什麼之前觀測到的正電子主要是位於銀河系中心：那裡的高齡恆星要比銀河邊緣部位多得多。

克羅克說，之前研究中觀測到的正電子也有可能部分來自於其他來源。「這些來源現在已經沒有必要去考慮了，SN 1991bg這一類的超新星已經基本可以解釋整個正電子現象了，」他說道：「大多數最新數據顯示，在銀河系的正中心確實存在正電子的發生源。」克羅克補充說：「在我們的模型中，正電子主要產生於銀河系中心的原因被歸於那裡的高齡恆星。這些恆星分布在超大質量黑洞周邊約200秒差距（天文學長度單位，約合650光年）範圍內。當然，黑洞本身也可能是正電子的來源。」

研究結果發表於5月22日的《自然·天文》電子版。

來源：https://www.space.com

責編：鍾狼將