Астрономи виявили сигнали анігіляції антиматерії за межами Чумацького Шляху

У центрі Чумацького Шляху десятиліттями існує наукова загадка: галактика випромінює набагато більше гамма-квантів від анігіляції позитронів, ніж можуть пояснити всі відомі астрофізичні джерела разом узяті. Тепер дослідники Томас Зігерт з Університету Юліуса і Максиміліана у Вюрцбурзі та Хіроки Йонеда з Кіотського університету повідомили про можливе перше свідчення анігіляції антиматерії за межами нашої галактики.

Позитрони — це античастинки електронів із такою самою масою та спіном, але протилежним зарядом. Коли позитрон стикається зі звичайним електроном, обидві частинки знищують одна одну, випромінюючи гамма-кванти з характерною енергією 511 кілоелектронвольт. Саме за цим сигнатурним випромінюванням астрономи й відстежують, де в галактиці відбувається анігіляція.

Для аналізу вчені використали повний масив даних гамма-телескопа INTEGRAL Європейського космічного агентства — понад 20 років спостережень із 2002 року до завершення місії у 2025 році. Обробивши ці дані, вони склали найдетальніші на сьогодні карти випромінювання з енергією 511 кілоелектронвольт і виявили незвичні сигнали за межами галактичного диска. Щоб виключити апаратні похибки, дослідники розбили масив спостережень на тривалі інтервали й порівнювали результати — сигнали зберігалися в усіх варіантах аналізу та ставали статистично вагомішими з накопиченням даних.

Найпереконливіший сигнал надійшов із Комплексу C — гігантської хмари водню, що рухається в бік диска Чумацького Шляху. Ще один потенційний сигнал зафіксовано в районі Магелланового потоку — довгої смуги газу, що тягнеться за Великою і Малою Магеллановими Хмарами в їхньому русі навколо галактики. Жодна з цих структур не може самостійно виробляти значну кількість позитронів, тому дослідники припускають, що частинки прилетіли туди ззовні.

Це пояснення наштовхується на серйозну теоретичну проблему. Щоб анігілювати, позитрон має достатньо сповільнитися — інакше ймовірність взаємодії залишається низькою. «Якщо позитронам необхідно сповільнитися для анігіляції, вони ніколи не змогли б покинути Чумацький Шлях», — пояснює Зігерт. Відповіддю може бути існування фракції позитронів із вищою енергією, які встигають вирватися з галактики, а вже потім гальмуються в газі Магелланового потоку. Такий сценарій раніше практично не розглядався.

Якщо інтерпретація підтвердиться, доведеться суттєво переглянути оцінки виробництва антиматерії в нашій галактиці. За підрахунками дослідників, Чумацький Шлях може продукувати близько 100 трильйонів трильйонів трильйонів позитронів на секунду — у два-три рази більше за попередні оцінки. Це ще більше загострює головну загадку: навіть нинішніх показників уже не вдається пояснити відомими астрофізичними процесами, а збільшення розрахункової кількості скорочує й без того вузький перелік можливих джерел, відкриваючи простір для більш екзотичних версій — зокрема, моделей легкої темної матерії.

Поки що виявлені сигнали не можна вважати підтвердженим відкриттям: найсильніший із них досяг статистичної значущості близько 4 сигм, тоді як для офіційного оголошення відкриття у фізиці потрібен рівень у 5 сигм. Перевірити ці «багатообіцяючі натяки» зможе апарат NASA COSI, запуск якого заплановано на 2027 рік.