9 trilijonai kilogramų antimedžiagos kiekvieną sekundę: mokslininkai iki šiol nesupranta, kokią paslaptį slepia mūsų galaktika

Nuolatinis tokios spinduliuotės fonas reiškia, kad pozitronų mūsų galaktikoje yra tikrai nemažai.

Skaičiavimai rodo, kad kiekvieną sekundę anihiliuojasi net 9,1 trilijonai kilogramų antimedžiagos, rašo „Ars Technica“.

Bet iš kur jos tiek randasi? Tiksliai pasakyti mokslininkai kol kas negali, tačiau „kandidatų“ sąraše yra ir tamsiosios medžiagos dalelės, ir supermasyvios juodosios skylės.

O naujas mokslinis darbas galimų šaltinių sąrašą siūlo papildyti dar vienu, visai ne tokiu egzotišku antimedžiagos šaltiniu: tam tikros klasės supernova, kurios metu į aplinką išmetama daug radioaktyvaus titano, kuris skyla išsiskiriant pozitronui.

Paslaptis

Nors pozitronų dėl radioaktyvumo atsiranda ir čia, Žemėje, tokios dalelės praktiškai akimirksniu susiduria su elektronu – šio susidūrimo metu abi dalelės anihiliuojasi ir išsiskiria daug energijos turintis fotonas.

Tuo tarpu tarpžvaigždinė erdvė yra tokia tuščia, kad joje pozitronai iki susidūrimo su elektronu vidutiniškai skrajoja po 100 000 metų. Tai – pakankamai ilgas laiko tarpas, kad antidalelės labai plačiai pasklistų po erdvę, todėl koncentruotas pozitronų gamybos protrūkis ilgainiui tampa vientisu anihiliacijos pėdsakų užpildytu fonu. Tad, net jeigu ir yra objektų, kurie skleidžia pozitronus, mokslininkai jų tiesiog negali pamatyti.

Daugiau pozitronų mokslininkai fiksuoja ties mūsų galaktikos centriniu burbulu. Kadangi šiame burbule žvaigždžių esama mažiau, nei toliau nuo centro esančiame diske, galima daryti prielaidą, kad antidaleles gamina ne žvaigždės. Tai yra viena iš priežasčių, dėl kurių mokslininkai susidomėjo galimomis tamsiosios materijos ir antimedžiagos sąsajomis.

Tačiau mus pasiekiantys dėl anihiliacijų atsirandantys fotonai nepasižymi dideliu energijos kiekiu – tik tuo, kuris randasi anihiliacijos metu. Tai yra ženklas, kad susinaikinantys pozitronai yra santykinai nedidelės energijos, dėl ko mokslininkai linkę atmesti tamsiosios medžiagos ir daugelio kitų egzotinių šaltinių versijas.

Tačiau naujo mokslinio darbo, pagrįsto Europos kosmoso agentūros misijos INTEGRAL surinktais duomenimis, autoriai tvirtina, kad iš galaktikos disko sklinda daugiau anihiliacijos spindulių, nei manyta anksčiau. Ir panašu, kad didelė dalis pozitronų, esančių centriniame galaktikos burbule, yra generuojami centrinės juodosios skylės.

Tad panašu, kad diske ir burbule esančių pozitronų kiekis yra daugiau ar mažiau proporcingas tuose regionuose esančių žvaigždžių skaičiui. Kas į galimų pozitronų šaltinių sąrašą sugrąžina žvaigždes.

Anti-paslaptis

Bet kaip žvaigždėje, kurioje yra daugybė labai koncentruotos medžiagos, gali susidaryti antimedžiaga? Sprogstant! Supernovų metu susidaro daugybė sunkesnių elementų, ir dalis jų yra radioaktyvūs. O tam tikrais radioaktyvių medžiagų skilimo atvejais gali išsiskirti pozitronai. Yra žinomos trys medžiagos, kurių skilimo metu išmetamas pozitronas: ⁵⁶Ni, ⁴⁴Ti ir ²⁶Al.

⁵⁶Ni pusamžis yra pats trumpiausias – vos šešios dienos. Bet dėl tokio greito skilimo dauguma pozitronų į aplinką išmetami vis dar santykinai tankiame supernovos liekanų debesyje. Dėl to šie pozitronai anihiliuojasi vietoje ir padidina supernovos ryškumą. Tad šis izotopas nėra tinkamas šaltinis.

²⁶Al yra visiška radioaktyvaus nikelio priešingybė – jo pusamžis yra ilgesnis nei 10 000 metų – tikrai pakankamai, kad radioaktyvios molekulės nuskrietų toli į kosminę tuštumą. Kadangi aliuminio radioaktyvusis izotopas dažniausiai skyla toli nuo kitų spinduliuotės šaltinių, mes galime iš tiesų užfiksuoti fotonus, susidarančius šio izotopo skilimo metu. Ir jų skilimas tesudaro 10 proc. visų pozitronų anihiliacijų, tad aliuminis taip pat nėra tinkamas kaip pagrindinis antimedžiagos šaltinis.

Belieka ⁴⁴Ti, kurio pusamžis yra 60 metų. Tai yra pakankamai ilgas laiko tarpas, kad supernovos debesis išretėtų iki išsiskiriant pozitronams. Ir mes šių pozitronų skilimus galime galime pamatyti supernovų likučiuose. Vėlgi, titano skilimo pozitronus galime identifikuoti – pagal šiuos duomenis daroma išvada, kad titano supernovų likučiuose yra nepakankamai, kad juos vertintume kaip pagrindinį galaktikos pozitronų šaltinį.

Bet mokslinio darbo autoriai rado būdą vieną kandidatą sugrąžinti. Egzistuoja viena santykinai reta supernovų klasė - „SN 1991bg-like“ (arba „panašios į SN 1991bg“), kuri gali išmesti neįprastai didelius radioaktyvaus titano kiekius. Šios supernovos vyksta tuomet, kai dvi vidutinio dydžio žvaigždės suartėja tiek, kad susiformuoja jų bendra atmosfera.

Ilgainiui vienoje žvaigždėje susikaupia pakankamai medžiagos, kad ji pavirstų baltąja anglies-deguonies nykštuke, o antroji tampa beveik gryno helio kamuoliu. Ir kai vėliau abi žvaigždės susiduria, modeliai rodo, kad sprogimo metu turėtų susidaryti daug vidutinės masės atomų – kalcio, chromo ir, svarbiausia, titano.

Teoriniai skaičiavimai rodo, kad tokių supernovų dažnumas galaktikoje turėtų būti pakankamas stabiliam radioaktyvaus titano srautui užtikrinti. Esminis klausimas šiuo atveju – ar to srauto pakanka, kad būtų pagaminti tie 90 proc. pozitronų, kurie randasi ne iš aliuminio skilimo.

Jeigu spręstume pagal supaprastintų termobranduolinių reakcijų modelių rezultatus – turėtų pakakti. Tačiau dabar tyrimo autoriai prašo sudėtingų supernovų modeliuotojų pagalbos – reikia išanalizuoti šį konkretų supernovos tipą.

Žinoma, tai nėra paskutinis mokslo žodis sprendžiant, koks yra mūsų galaktikos antimedžiagos šaltinis, tačiau tai yra tikrai tikėtinas paaiškinimas, kurio teisingumą galima patikrinti tolesniais tyrimais – ir kompiuteriniais modeliavimais, ir kosmoso stebėjimais. Toks paaiškinimas bent jau geresnis, nei grynai teoriniai pasvarstymai apie egzotinius antimedžiagos šaltinius.