Большая часть антиматерии, заполняющей пространство нашей галактики Млечный Путь, может представлять собой остатки мертвых звезд, говорят результаты нового исследования. По мнению ученых, их работа способна решить загадку астрофизики, существующую вот уже более 40 лет.
У каждой частицы обычной материи есть антипод – антиматерия, обладающая той же массой, но при этом имеющая противоположный заряд. Например, античастицей отрицательно заряженного электрона будет положительно заряженный позитрон. Когда частицы и античастицы сталкиваются, это приводит к их уничтожению (аннигиляции) и мощному выбросу энергии. Всего один грамм антиматерии, столкнувшись с одним граммом обычной материи, способен вызвать взрыв, при котором уровень выброса энергии будет в два раза выше, чем при взрыве бомбы, сброшенной на Хиросиму.
Более 40 лет назад ученые впервые определили, что гамма-лучи, выделяемые при аннигиляции позитронов, выпускаются в этот момент во все стороны галактики. На базе этого открытия было вынесено предположение, что каждую секунду внутри Млечного Пути происходит аннигиляция 10^43 позитронов (единица с 43 нулями). В этом же исследовании указывалось, что наличие большинства этих позитронов было определено в галактическом центре (центральной перемычке), а не в самом галактическом диске, несмотря на то что в самой перемычке содержится менее половины всей массы Млечного Пути.
Было вынесено предположение, что источником выброса этих позитронов является радиоактивный материал, синтезирующийся звездами. Однако в течение нескольких последующих десятилетий ученые так и не смогли определить тип звезд, способных генерировать такое количество антиматерии. Позже было вынесено еще одно предположение: выброс позитронов могут создавать редкие источники, вроде сверхмассивных черных дыр, находящихся в большинстве галактических центров, а также частицы темной материи, аннигилирующие друг с другом.
«Источник этих позитронов – загадка с более чем 40-летней историей. Но для объяснения позитронов вам не нужно наличие никаких экзотических элементов, вроде темной материи», — комментирует ведущий автор нового исследования, астрофизик Австралийского национального университета Роланд Крокер.
По его мнению, этим источником могут являться сверхновые – катастрофические взрывы звезд, способные генерировать огромное количество позитронов. Это, по мнению ученого, подтверждается тем фактом, где чаще всего обнаруживались эти позитроны.
Крокер акцентировал свое внимание на сверхновых звездах, аналогичных объекту, известному под названием SN 1991bg. Подобный тип объектов, как оказалось, чаще встречается в других галактиках, но при этом гораздо реже, чем обычные сверхновые. В отличие от большинства обычных сверхновых, способных затмить практически все другие звезды в галактиках, разбираемый в исследовании вид сверхновых не производит большого объема видимого света и считается очень редким. И именно поэтому, по мнению исследователя, так нечасто обнаруживался в Млечном Пути.
В рамках предыдущих исследований выносилось мнение, что подобный тип тусклых сверхновых может появляться при слиянии двух белых карликов. Последние обладают очень высокой плотностью и представляют собой ядра мертвых звезд (размером с Землю), оставшиеся после того, как звезды полностью выработали свое термоядерное топливо и лишились своих внешних слоев. Большинство звезд, включая наше Солнце, однажды станут белыми карликами.
Возвращаясь к сверхновым типа SN 1991bg, следует отметить, что конкретно они появляются, когда происходит столкновение двух белых карликов, обладающих малой массой, при этом один из них богат запасами углерода и кислорода, а другой – гелием. Несмотря на свою редкость среди сверхновых, этот вид способен генерировать огромные объемы радиоактивного изотопа, известного как титан-44. И именно он выделяет те позитроны, которые были обнаружены астрономами по всему Млечному Пути.
В то время, когда большинство сверхновых рождаются из молодых и массивных звезд, объекты, подобные SN 1991bg, чаще всего встречаются в тех регионах, где превалируют более старые звезды возрастом от 3 до 6 миллиардов лет. Эта разница в возрасте могла бы объяснить, почему ранее обнаруженные позитроны наблюдались в основном именно в центральной перемычке Млечного Пути, где содержится большое число старых звезд, нежели во внешнем галактическом диске.
Крокер здесь же отмечает, что причиной появления некоторого объема позитронов могут быть и другие источники.
«Хотя это и необязательно, учитывая то, что объекты типа SN1991bg способны самостоятельно объяснить всю феноменологию позитронов. Последние данные указывают на то, что источник позитронов плотно связан с центром галактики. В нашей модели это объясняется тем, что старые звезды в основном разбросаны в радиусе 200 парсеков (около 650 световых лет) вокруг галактического центра в виде сверхмассивной черной дыры. Тем не менее рассмотреть саму черную дыру в качестве дополнительного источника было бы весьма интересно», — подытоживает Крокер.
