這幅藝術(shù)示意圖呈現(xiàn)的是，兩個(gè)白矮星即將發(fā)生碰撞。最新研究表明，在銀河系中數(shù)量上占優(yōu)勢(shì)的正電子可能是特殊類型的超新星與低質(zhì)量白矮星發(fā)生碰撞時(shí)產(chǎn)生的。這種爆炸物難以檢測(cè)，但富含可以產(chǎn)生此類反物質(zhì)的同位素。
一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，分布于銀河系中的大部分反物質(zhì)有可能是死亡恒星碰撞的殘余物。
研究人員說(shuō)，這項(xiàng)研究有可能能夠解決40多年來(lái)的反物質(zhì)之謎。
對(duì)于每一種物質(zhì)粒子，都被認(rèn)為是存在著與它具有相同質(zhì)量，但電荷相反的反物質(zhì)的匹配物。舉例來(lái)說(shuō)，負(fù)電荷電子的反物質(zhì)粒子，就是正電荷的正電子。[反物質(zhì)是否可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)第一艘星際飛船？]
當(dāng)一個(gè)粒子遇到它的反粒子的時(shí)候，他們會(huì)湮滅彼此，同時(shí)釋放出巨大的能力。1克反物質(zhì)同1克物質(zhì)發(fā)生湮滅反應(yīng)時(shí)，釋放出的能量相當(dāng)于日本廣島原子彈所釋放能量的兩倍。
正電子湮滅時(shí)會(huì)釋放出咖瑪射線，科學(xué)家在四十年前第一次檢測(cè)到了銀河系中放射出的咖瑪射線。這一發(fā)現(xiàn)表明，銀河系總每秒鐘有10的43次方（1的后面有43個(gè)0）數(shù)量的正電子發(fā)生湮滅反應(yīng)。奇怪的是，大部分正電子都是在銀河系的中心隆起部位檢測(cè)到的，而不是盤(pán)狀外部邊緣，該中心隆起部位的質(zhì)量還不到銀河系整體質(zhì)量的一半。
這些正電子可能是由恒星合成的反射性物質(zhì)釋放出來(lái)的。但數(shù)十年來(lái)，研究人員一直無(wú)法確定何種恒星可產(chǎn)生如此巨量的反物質(zhì)。這就引導(dǎo)人們想到，這些正電子可能是從外部來(lái)源產(chǎn)生的，例如具有超級(jí)質(zhì)量的黑洞，在銀河系的中心就存在這樣的一個(gè)黑洞，正電子也有可能是暗物質(zhì)粒子相互湮滅時(shí)產(chǎn)生的。
“這些正電子的來(lái)源是天體物理學(xué)上一個(gè)有著40多年歷史的謎團(tuán)，”羅蘭·克羅克說(shuō)，克羅克是這項(xiàng)新研究的首席作者，也是堪培拉的澳大利亞國(guó)立大學(xué)的粒子天體物理學(xué)家。這項(xiàng)新研究表明，恒星發(fā)生災(zāi)難性爆炸所形成的一種超新星，可產(chǎn)生大量之前研究所觀測(cè)到的正電子，這項(xiàng)研究還解釋了正電子在銀河系中被觀測(cè)到的位置。
“并不需要使用暗物質(zhì)等外部因素，就可以對(duì)正電子進(jìn)行解釋，”克羅克向Space.com的記者解釋說(shuō)。
受到科學(xué)家們重點(diǎn)關(guān)注的超新星類型為SN 1991bg，該類型超新星在其他星系中也可以被觀測(cè)到。大多數(shù)超新星只能在較短時(shí)間內(nèi)放射光線，亮過(guò)所在星系的其他恒星，與這些超新星不同，被重點(diǎn)關(guān)注的這類超新星數(shù)量很少，還不會(huì)產(chǎn)生大量的可見(jiàn)光，這也是為什么以前沒(méi)有在銀河系中觀測(cè)到這類超新星的原因，克羅克說(shuō)。
之前的研究認(rèn)為，這些微暗的超新星是由兩個(gè)白矮星合并后產(chǎn)生的。白矮星密度極大、體積大約和地球差不多，是恒星耗盡燃料并失去外層之后的恒星殘余物。絕大多數(shù)恒星，包括太陽(yáng)，最終都會(huì)變成白矮星。
一般認(rèn)為，當(dāng)兩個(gè)低質(zhì)量白矮星，一個(gè)富含碳和氧、一個(gè)富含氦，這兩個(gè)白矮星撞擊在一起時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)這種微弱的超新星。盡管這種超新星比標(biāo)準(zhǔn)超新星要少得多，但它們能夠產(chǎn)生更多的放射性同位素，例如鈦44，這種同位素可以產(chǎn)生很多種正電子，據(jù)天文學(xué)家觀測(cè)，這些正電子正在銀河系中四處游蕩。
新研究還表明，這些超新星已經(jīng)足于產(chǎn)生所有之前沒(méi)有得到解釋的正電子，這樣，就解決了這個(gè)銀河系里的謎團(tuán)。
很多超新星都是在年輕的巨型恒星死亡時(shí)出現(xiàn)的，SN 1991bg類型的超新星一般是在300-600萬(wàn)年的老恒星周圍發(fā)現(xiàn)較多。這種恒星年齡上的差異可以解釋，為什么之前觀測(cè)到的正電子主要是位于銀河系中心隆起部位，這一部位的大齡恒星數(shù)量要比銀河系邊緣盤(pán)狀部位多。
克羅克說(shuō)，之前研究中觀測(cè)到的正電子也有可能部分來(lái)自于其他來(lái)源。“這些其他來(lái)源已經(jīng)沒(méi)有必要進(jìn)行考慮了，僅只SN 1991bg類型超新星已經(jīng)基本可以解釋正電子的整個(gè)現(xiàn)象學(xué)問(wèn)題了，”他說(shuō)道：“大多數(shù)最近的數(shù)據(jù)顯示，在銀河系的正中心確實(shí)存在正電子的產(chǎn)生源。”克羅克補(bǔ)充說(shuō)：“在我們的模型中，正電子主要產(chǎn)生于銀河系中部的原因被解釋為，大齡恒星分布于銀河系的超大質(zhì)量黑洞周圍大約200秒差距（秒差距為天文學(xué)長(zhǎng)度單位，200秒差距約為650光年）尺度范圍之內(nèi)，但黑洞本身也是一個(gè)令人感興趣的替代來(lái)源。”
科學(xué)家于5月22日的《自然·天文》電子版雜志上發(fā)表了他們的這項(xiàng)研究成果。
作者：查爾斯·Q·崔
譯者：朱川
審定：王軍禮
責(zé)編：科普知識(shí)網(wǎng)