超新星爆发可能解决40多年来的反物质之谜

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这幅艺术概念图表现了两颗即将发生碰撞的白矮星。新研究表明，银河系中数量庞大的正电子可能来自于一类特殊的超新星，即低质量白矮星碰撞产生的超新星爆发。这种爆发事件很难发现，但富含能够产生正电子的同位素。
一项新研究发现，大部分遍布银河系中的反物质可能是死亡恒星碰撞的残余物。
研究人员说，这项研究有可能能够解决四十多年以来困扰着我们的反物质之谜。
每一个物质粒子都有一个对应的反物质粒子，两者质量相同，电荷相反。举例来说，带负电荷电子的反物质粒子，就是带正电荷的正电子。一个粒子与其反粒子相遇时就会同时湮灭，并释放出巨大的能量。1克反物质同1克物质湮灭释放出的能量相当于日本广岛原子弹的两倍。
正电子湮灭时会释放出伽马射线，科学家在四十年前第一次检测到了银河系中放射出的伽马射线。这一发现表明，银河系总每秒钟有10的43次方（1的后面有43个0）数量的正电子发生湮灭反应。奇怪的是，大部分正电子都是在银河系的中心部位检测到的，而不是银盘的外部边缘，虽然中心的质量还不到银河系总质量的一半。
这些正电子可能是由恒星内合成的反射性物质释放出来的。但数十年来，研究人员一直无法确定何种恒星可产生如此巨量的反物质。这让人们不禁想到，这些正电子可能是由外部来源产生的，例如超大质量黑洞——银河系中心就有这样一颗黑洞——也有可能是暗物质粒子相互湮灭时产生的。
“正电子源于何方是天体物理学上一个延续了四十多年的谜团，”罗兰·克罗克说。克罗克是这项新研究的第一作者，也是堪培拉澳大利亚国立大学的粒子天体物理学家。这项新研究表明，恒星发生巨大爆炸时形成的超新星能够产生大量之前研究观测到的正电子，这项研究还解释了正电子在银河系中被观测到的位置。
“我们并不需要使用暗物质等外部因素就可以解释正电子，”克罗克向Space.com的记者说道。
科学家们重点关注的是SN 1991bg这一类超新星，它们在其他星系中也能观测到。大多数超新星会在较短时间内发出光线，亮度比所在星系的其他恒星都要高。与这些超新星不同，这一类超新星数量很少，也不会产生大量的可见光，这也是以前没有在银河系中观测到这类超新星的原因。
之前的研究认为，这些微暗的超新星是由两个白矮星碰撞产生的。白矮星密度极大，体积和地球差不多，是恒星耗尽燃料，失去外壳之后的恒星残余物。绝大多数恒星，包括太阳，最终都会变成白矮星。
一般认为，当两个低质量白矮星，一个富含碳和氧、一个富含氦，撞击在一起时，就会产生出现这种微暗的超新星。尽管这种超新星比普通的超新星要少得多，但它们能够产生更多的放射性同位素，例如钛44，这种同位素可以产生多种正电子。据天文学家观测，这些正电子正在银河系中四处游荡。
新研究还表明，这些超新星已经足以产生所有之前没有得到解释的正电子，这样就解决了这个银河系的谜团。
很多超新星都是在年轻巨星死亡时出现的，SN 1991bg这一类超新星一般出现于寿命为三十到六十亿年的老年恒星附近。这种恒星年龄上的差异可以解释，为什么之前观测到的正电子主要是位于银河系中心：那里的高龄恒星要比银河边缘部位多得多。
克罗克说，之前研究中观测到的正电子也有可能部分来自于其他来源。“这些来源现在已经没有必要去考虑了，SN 1991bg这一类的超新星已经基本可以解释整个正电子现象了，”他说道：“大多数最新数据显示，在银河系的正中心确实存在正电子的发生源。”克罗克补充说：“在我们的模型中，正电子主要产生于银河系中心的原因被归于那里的高龄恒星。这些恒星分布在超大质量黑洞周边约200秒差距（天文学长度单位，约合650光年）范围内。当然，黑洞本身也可能是正电子的来源。”
研究结果发表于5月22日的《自然·天文》电子版。

来源：https://www.space.com
来自：漫步宇宙（qqtaikong）