位于墨西哥的高海拔水切伦科夫伽马射线天文台，由300个水箱组成，可以帮助天文学家研究撞击地球的反物质粒子的来源问题。
供图：JORDAN A. GOODMAN
撰文：Nadia Drake
宇宙里似乎有一个发射机，正在向地球投掷奇怪的粒子——最新观察结果发表于11月16日的《科学》杂志，科学家们正在努力追踪幕后推手。
2008年，太空仪器PAMELA在地球大气层中检测到一种过多的粒子：正电子。这些粒子是反物质的一种形式，即与正常状态相反的物质。当反物质正电子遇到它的相反粒子时，会互相湮灭抵消，并产生巨大的能量，其中通常包含科学家可以检测到的伽马射线。
这种诡异的正电子为什么会过多？找出原因意义重大，因为它可以帮助科学家了解附近星系的高能现象，而这又能反过来帮助我们解决物理学中的一些未解之谜。
长期以来，科学家认为这种粒子来自于附近的脉冲星，或者高速旋转的大型恒星的残骸。但一项新研究背后的团队表示，结果和最初的推测相悖：距离我们不到1000光年一对脉冲星是无辜的。
研究团队指出，幕后可能另有玄机，比如可能是暗物质这种神秘物质相互作用的结果。
研究作者、马克斯普朗克核物理研究所的Rubén López Coto说：“我刚接触到这项工作时，真的以为是脉冲星的缘故。但这两颗脉冲星其实无法提供足够的正电子，也就无法解释正电子过多的现象。”
然而，这一观点在天文学家和物理学家之间引起了轩然大波，不少人还不准备放弃脉冲星。费米国立加速器实验室的Dan Hooper说，尽管研究团队有着准确的测量数值，但他们对数据的解释有问题。
“我坚信不疑，这些脉冲星是造成正电子过多的重要原因，而且脉冲星很有可能起到了决定性影响。”
反物质发射机
电子是地球上普通物质的基本组成部分，而正电子是电子的反物质。在地球上，我们很少会看见正电子，但在宇宙中，在死亡和垂死的恒星周围，在剧烈变化的环境中，则会成对地产生电子和正电子。有时候，这些粒子穿过空洞，在磁场的作用下，撞上什么东西。
比如脉冲星，它们可谓是旋转的粒子加速器，每秒旋转700多次，搅动周围环境，让粒子相互碰撞；在脉冲星的旋转中，电子和正电子也会无法避免的相撞。
如果拥有足够的速度和能量，这些正电子就可以逃离脉冲星的掌控，在宇宙间行走，有时在地球湮灭——这是目前关于正电子过多的主流解释。要不然，它们往往会撞向光子，产生伽马射线，地球上的科学家们可以轻易探测到。
高海拔水切伦科夫伽马射线天文台（HAWC）带来了不一样的解释。这座天文台由300个大型水箱组成，坐落于墨西哥奥里萨巴山国家公园的两座火山之间的鞍状山上。当来自太空的高能粒子撞击水箱时，会产生微小光的的闪光，这种光既带有鲜明的特征，又指出了它们来自何方。
自2015年以来，HAWC一直在收集这些粒子，并研究它们的宇宙来源。其中17个月，科学家们观察到附近两颗脉冲星向地球射出了高能射线，它们是Geminga 和 PSR B0656+14（又名Monogem）。
通过对伽马射线的反追踪，HAWC团队可以计算出粒子在Geminga和Monogem周围区域的运动速度。López Coto表示，结果发现，这对脉冲星附近的正电子的速度还达不到奔向地球的速度。
Coto和同事认为，这意味着脉冲星方向的星际物质特别暗，阻止了粒子快速运动。
如果是这样，那么问题就来了：科学家们认为，地球上的过量正电子是Geminga和Monogem的杰作，因为它们距离近、年龄大，这个解释很合理。但如果它们被排除在外，我们就必须考虑“其他脉冲星，其他类型的宇宙加速器，比如微类星体和超新星残骸，或者暗物质粒子的湮灭或衰变。”
争议不断
但Hooper并不准备承认失败，他一直在尝试证明脉冲星是这些麻烦的正电子的幕后推手。Hooper认为HAWC团队把原因归咎于昏暗的星际物质是不对的。此前，PAMELA和安装在国际空间站的一台仪器的观测结果也都证实，在地球附近的空间，有正电子和其他粒子快速通过。
虽然研究提到了其他解释，包括超新星残骸和暗物质粒子的湮灭，但都不太合理。Hooper说，可以排除超新星残骸，原因和研究团队排除脉冲星一样。
“如果真的如他们所说，这些粒子无法通过星际物质，Geminga和Monogem都在250秒差距之外，而最近的超新星至少也是那个距离，它们也会遇到同样的问题。”
麻省理工学院的理论物理学家Tracy Slatyer也表示，暗物质粒子不是合理的解释。当首次观察到正电子过多现象时，科学家认为可能是暗物质粒子相互湮灭，产生了物质和反物质，而正电子则是这一过程的标志。
但宇宙的大部分质量来自于暗物质，如果上述解释成立的话，这种湮灭的标志应该比比皆是，然而并非如此，Slatyer说。
“我个人认为，这可能与暗物质湮灭无关。但如果有人告诉我，他坐着时间机器，从100年后来到我面前，说我的理论是错误的，我肯定会大惊失色；但不会是这样的，这不可能。”
“相较之下，我更愿意相信站在那个时间机器前大惊失色的是（那些坚持暗物质湮灭说法的）他们。”
（译者：Sky4）
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