神秘的な反物質の余剰について、そしてそれが暗黒物質の兆候であるかどうかについての長い議論は、予想外の結末を迎える可能性があります。 10年以上にわたり、複数の実験により、宇宙で高エネルギーの反電子または陽電子の数が予想外に過剰であることが発見されており、一部の物理学者は、暗黒物質の粒子が互いに消滅していることが原因である可能性があると示唆しています.他の人々は、より平凡な説明で反論しました:陽電子は、急速に回転する中性子星、またはパルサーから来ます。現在、理論家のチームは、パルサーが実際に余剰のほとんどまたはすべてを生成できることを詳細に示して、そのより平凡な説明を強化しています。
新しい研究は、メキシコの高高度水チェレンコフ天文台 (HAWC) からのガンマ線データに依存しています。フェルミ国立加速器研究所（イリノイ州バタビア）の素粒子理論研究者で、研究を率いたダン・フーパー氏は、「HAWC の観測以前は、パルサーが過剰部分の 0.1% を占めているのか、それとも 100% を占めているのかわかりませんでした」と述べています。 「私たちは今、それらが非常に大きな割合を占めていることを知っており、非常にもっともらしい.」
陽電子は、陽子やヘリウム イオンなどの荷電粒子である宇宙線が星間空間内の他の粒子に衝突するときに生成されます。従来の天体物理学モデルは、陽電子のエネルギーが高いほど、到着する電子の数に比べて陽電子の数が少ないはずであることを示しています。しかし、過去 10 年間で、国際宇宙ステーションに取り付けられた巨大な磁石である 20 億ドルのアルファ磁気分光計 (AMS) を含む多くの宇宙ベースの天文台は、次のエネルギー間の電子に対する陽電子の比率の奇妙な上昇を観察しました。 10 ギガ電子ボルト (GeV) と数百 GeV。
原則として、これらの余分な陽電子は、宇宙の物質の 85% を構成する未知のものである暗黒物質から発生する可能性があります。暗黒物質の候補の 1 つは、弱く相互作用する大質量粒子 (WIMP) です。ときどき、2 つの WIMP が衝突して消滅し、10 GeV をはるかに超えるエネルギーを持つ電子陽電子対が生成される可能性があります。
最新の研究では、フーパーと彼の同僚は代わりに、パルサーがその仕事をすることができるかどうかを検討しています.パルサーには巨大な回転磁場があり、近くにある荷電粒子を莫大なエネルギーまで加速します。これらのエネルギーが十分に高くなると、粒子は電子と陽電子のペアを生成できます。フーパーによれば、このメカニズムは天体物理学者にはよく知られているが、特定のパルサーが観測された異常を説明するのに十分な高エネルギーの陽電子を生成できるかどうかを確認した人は誰もいなかった.
調べるために、フーパーのチームは、近くのジェミンガパルサーから放出され、HAWC によって観測されたガンマ線を分析しました。彼らは、パルサーの周りに、非常に高エネルギーのガンマ線を放出していた数光年にわたるハローを発見しました。フーパーは、この拡大された線源の「唯一の合理的な説明」は、高エネルギーの電子と陽電子がパルサーから出る途中で光子に激突し、光子のエネルギーをスペクトルのガンマ線部分に押し上げることだと言っています.
これらのガンマ線を生成する陽電子と電子のエネルギーは、AMS によって見られる上昇を説明するには、数百 GeV ではなく数万 GeV と非常に高くなります。しかし、フーパーと彼の同僚は、モデルに基づいて、パルサーが生成すると予想される低エネルギー陽電子の数も計算しました。彼らは、B0656+14 として知られる近くにある 2 番目のパルサーについても同じことを繰り返し、分析を拡張して、天の川銀河にある他の何千ものパルサーの寄与の可能性を調べました。彼らの結論:パルサーは、観測された陽電子過剰の「全体ではないにしても、多く」の原因である可能性が「非常に高い」.
ペンシルバニア州立大学ステート カレッジの宇宙線物理学者であるステファン クトゥは、研究者らの新しい研究を「陽電子生成の天体物理学的メカニズムを注意深く評価した」ことで称賛しており、暗黒物質を探すよりも「魅力的ではない」と彼は説明しています。彼は、関心のある低エネルギーの陽電子がハローを通ってどれだけ容易に拡散するかなど、パルサーのモデル化においてこの研究はいくぶん推測的であると言います。しかし、彼は「憶測はでっち上げではない」と付け加えた。
フーパーは、彼らのモデルにはまだ十分な不確実性があり、暗黒物質が過剰の約半分を占める可能性があることを認めています.パルサーのシェアがどれだけ大きいかは、2018 年に建設が開始される予定の世界的な 4 億ユーロのチェレンコフ望遠鏡アレイなど、低エネルギーのガンマ線に対する感度が高い将来の観測所によって、より明確になるはずだと彼は言います。
