脈沖星能解釋“過剩”正電子嗎？
歐洲物理學(xué)家表示，通過AMS-02實(shí)驗(yàn)的觀測，也許可以不用暗物質(zhì)解釋“過剩”正電子，相反，已知的天體物理學(xué)進(jìn)程（比如脈沖星和宇宙射線）就可完全解釋。
用暗物質(zhì)來解釋？
2013年4月，安裝在國際空間站的阿爾法磁譜儀（AMS-02）觀測到的證據(jù)證實(shí)，來自太陽系以外的正電子（電子的反物質(zhì)對應(yīng)物）的比例出現(xiàn)了激增。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，銀河系中產(chǎn)生正電子的主要方式是星系盤外散布的的高能質(zhì)子，這樣的方案一般會看到大量的電子從高能狀態(tài)躍遷回低能狀態(tài)。然而，AMS-02的觀測結(jié)果似乎表明，在10GeV(億電子伏特)能及以上，正電子隨能量的增加而增多。這些數(shù)據(jù)支持了帕梅拉衛(wèi)星（PAMELA，探測宇宙線荷電粒子）和費(fèi)米衛(wèi)星（Fermi，探測伽馬射線）分別在2008年和2011年的發(fā)現(xiàn)。
圖源：“過剩”正電子測定實(shí)驗(yàn)AMS-02 （安裝在國際空間站的AMS-02是第一個在外太空運(yùn)行的大型精確粒子物理磁譜儀，能精確測量GeV到TeV是宇宙線各成分能譜。AMS-02的主要物理目標(biāo)之一是尋找暗物質(zhì)。）
一些物理學(xué)家認(rèn)為暗物質(zhì)可能是導(dǎo)致這種過剩的原因，此能量范圍內(nèi)大量“過剩”正電子也許是通過暗物質(zhì)的最可能組成——大質(zhì)量弱相互作用粒子（weakly interacting massive particles，簡稱WIMPs）的湮滅導(dǎo)致的。另一些人對觀察到正電子過剩的現(xiàn)象表示懷疑。近幾年，意大利都靈大學(xué)的物理學(xué)家馬荻亞?迪莫羅（Mattia Di Mauro）帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)提供了一個新天體模型。這個模型能夠在不引用“暗物質(zhì)”這個天體模型的情況下解釋包括高能正電子比例激增在內(nèi)的AMS-02提供的數(shù)據(jù)，雖然這并不排除引用“暗物質(zhì)”作為解釋的一種選擇。迪莫羅告訴天文在線，“為與觀測結(jié)果一致，仍可能改變包括對此有貢獻(xiàn)的暗物質(zhì)模型在內(nèi)的天體物理學(xué)的參數(shù)。”但是，當(dāng)解釋這個意外的比例激增時，瑪?shù)俚蟻唸F(tuán)隊(duì)的觀點(diǎn)是其與脈沖星而不是這個新模型有關(guān)。
正電子流
脈沖星是一個有強(qiáng)磁場的高速自轉(zhuǎn)的中子星。強(qiáng)磁場可以轉(zhuǎn)變?yōu)殡妶觯瑢⒚}沖星表面的帶電粒子撕裂并加速釋放到宇宙中。之后，這些被撕裂的粒子形成包括電子和正電子在內(nèi)的粒子流或反粒子對，它形成的部分“脈沖星風(fēng)”吹出的星風(fēng)粒子將注入到星際介質(zhì)中。迪莫羅和他的同事能通過澳大利亞國家望遠(yuǎn)鏡設(shè)備（Australia Telescope National Facility ，簡稱ATNF）的脈沖星目錄模擬傳統(tǒng)脈沖星散射的電子或正電子流。
他們之后驗(yàn)證了這些粒子在銀河系中的傳播方式，即與銀河系中的輻射區(qū)相互作用而失去能量。這樣，他們就能算出正電子到達(dá)地球的能量與數(shù)量。迪莫羅說，“這些AMS-02觀測到的高能正電子流與目前ATNF目錄能夠得出一個很棒的結(jié)論。”根據(jù)AMS-02的數(shù)據(jù)，這個團(tuán)隊(duì)也建立了來源于“附加”正電子源（比如超新星遺跡）的“附加”正粒子流模型，來對低能量區(qū)進(jìn)行研究，而這些“附加”正電子源是宇宙射線與星際介質(zhì)相互作用產(chǎn)生的。
但誰都不能確定。蘇比?薩卡爾（Subir Sarkar）說，“我認(rèn)為對于大部分‘額外’正電子的產(chǎn)生，最合理的解釋是由地球附近的超新星殘骸中的脈沖星風(fēng)驅(qū)動的沖擊波導(dǎo)致的。”他將他的時間分為兩部分，一部分在哈佛大學(xué)，另一部分在賓夕法尼亞大學(xué)。美國斯坦福大學(xué)的菲利普?梅爾茨（Philipp Mertsch）表示，薩卡爾在2009年第一次提出沖擊波加速了宇宙射線，沖擊波導(dǎo)致了宇宙射線在其波面與地球間反復(fù)往返。一些在沖擊波傳播路線上的正電子也被加速，同時消耗能量作為沖擊波的助推器，這就能解釋產(chǎn)生“額外”正電子現(xiàn)象的原因。
梅爾茨和薩卡爾更新了他們的建議，最重要的是，他們所做的猜想可以區(qū)分這兩種解釋。他們希望未來AMS-02在高能量區(qū)的數(shù)據(jù)中，質(zhì)子與反質(zhì)子比、硼碳比都呈現(xiàn)上升趨勢。最終答案也許會在下次AMS-02資料組公開后出現(xiàn)。
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學(xué)名詞
3. Violet- physicsworld-Colin Stuart
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