Десятки тысяч позитронов высоких энергий: следы тёмной материи или что-то иное?

Коллаборация, работающая с аппаратом PAMELA (Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics), который установлен на российском спутнике «Ресурс-ДК», опубликовала новые данные о загадочной многочисленности позитронов высоких энергий в околоземном космосе.

Позитроны, античастицы электронов, по мере роста энергии должны встречаться реже, чем собственно электроны, учит нас теория. Однако уже первые результаты PAMELA, появившиеся в 2008 году, показали, что выше 10 ГэВ позитронов в космических лучах почему-то становится всё больше.


С тех пор результаты пытались уточнить: сначала космический гамма-телескоп «Ферми», потом магнитный альфа-спектрометр на МКС. В обоих случаях было зафиксировано повышение числа позитронов, хотя «Ферми» показал его только с 20 ГэВ. После какого-то рубежа (ориентировочно 100 ГэВ) их доля вновь снижалась.

Явление требовало теоретического объяснения, и самым интригующим стала гипотеза следов тёмной материи (ТМ). Если, как утверждает ряд ТМ-теорий, её частицы могут аннигилировать друг с другом, то при этом образуются и электроны, и их античастицы. На самых низких энергиях события окружающего космоса, тоже производившие электроны, заглушат следы ТМ, но в диапазоне порождаемых их аннигиляцией частиц будет сильный избыток позитронов.

Альтернативная теория приписывала их избыток пульсарам — чрезвычайно быстро вращающимся нейтронным звёздам.

И вот коллаборация PAMELA, закончив обработку данных последних наблюдений аппарата, представила окончательное абсолютное число обнаруженных позитронов высоких энергий. Сразу оговоримся: всё-таки это скорее оценка, ибо наши позитронные детекторы всё ещё далеки от совершенства.

Дело в том, что измерения разницы уровней электронов и позитронов таких недостатков лишены. А вот регистрация абсолютного числа позитронов куда менее безупречна. Поэтому данные о регистрации 24 500 позитронов за три года работы PAMELA потребовали столь серьёзных усилий.

Коллаборация настроена скептически по отношению к обеим основным теориям об источниках этих позитронов. Субир Саркар (Subir Sarkar) из Оксфордского университета (Великобритания) напоминает, что данные PAMELA сходны с полученными магнитным альфа-спектрометром МКС. При этом он утверждает: «Объяснение происходящего тёмной материей натянуто, поскольку требует веса исходной частиц порядка ТэВ/с², с предельно высоким количеством случаев аннигиляции, при которой не создавалось бы никаких антипротонов». Не слишком ласково г-н Саркар отзывается и о пульсарном происхождении позитронов, полагая, что истинным источником является взаимодействие ударных волн сверхновых с обычной окружающей материей, позволяющее ускорять позитроны.


Подобная гипотеза может быть проверена на практике: если такой разгон действительно происходит, то часть углерода должна распадаться до бора, то есть соотношение углерод — бор в наблюдаемой Вселенной местами будет отличаться от теоретически правильного, полагает учёный.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.