脈衝星能解釋“過剩”正電子嗎？

歐洲物理學家表示，通過AMS-02實驗的觀測，也許可以不用暗物質解釋“過剩”正電子，相反，已知的天體物理學程序（比如脈衝星和宇宙射線）就可完全解釋。

用暗物質來解釋？

2013年4月，安裝在國際空間站的阿爾法磁譜儀（AMS-02）觀測到的證據證實，來自太陽系以外的正電子（電子的反物質對應物）的比例出現了激增。傳統觀念認為，銀河系中產生正電子的主要方式是星系盤外散佈的的高能質子，這樣的方案一般會看到大量的電子從高能狀態躍遷回低能狀態。然而，AMS-02的觀測結果似乎表明，在10GeV(億電子伏特)能及以上，正電子隨能量的增加而增多。這些資料支援了帕梅拉衛星（PAMELA，探測宇宙線荷電粒子）和費米衛星（Fermi，探測伽馬射線）分別在2008年和2011年的發現。

圖源：“過剩”正電子測定實驗AMS-02 （安裝在國際空間站的AMS-02是第一個在外太空執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的主要物理目標之一是尋找暗物質。）

正電子流

脈衝星是一個有強磁場的高速自轉的中子星。強磁場可以轉變為電場，將脈衝星表面的帶電粒子撕裂並加速釋放到宇宙中。之後，這些被撕裂的粒子形成包括電子和正電子在內的粒子流或反粒子對，它形成的部分“脈衝星風”吹出的星風粒子將注入到星際介質中。迪莫羅和他的同事能通過澳洲國家望遠鏡裝置（Australia Telescope National Facility ，簡稱ATNF）的脈衝星目錄模擬傳統脈衝星散射的電子或正電子流。

他們之後驗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相互作用而失去能量。這樣，他們就能算出正電子到達地球的能量與數量。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論。”根據AMS-02的資料，這個團隊也建立了來源於“附加”正電子源（比如超新星遺蹟）的“附加”正粒子流模型，來對低能量區進行研究，而這些“附加”正電子源是宇宙射線與星際介質相互作用產生的。

但誰都不能確定。蘇比•薩卡爾（Subir Sarkar）說，“我認為對於大部分‘額外’正電子的產生，最合理的解釋是由地球附近的超新星殘骸中的脈衝星風驅動的衝擊波導致的。”他將他的時間分為兩部分，一部分在哈佛大學，另一部分在賓夕法尼亞大學。美國斯坦福大學的菲利普•梅爾茨（Philipp Mertsch）表示，薩卡爾在2009年第一次提出衝擊波加速了宇宙射線，衝擊波導致了宇宙射線在其波面與地球間反覆往返。一些在衝擊波傳播路線上的正電子也被加速，同時消耗能量作為衝擊波的助推器，這就能解釋產生“額外”正電子現象的原因。

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分這兩種解釋。他們希望未來AMS-02在高能量區的資料中，質子與反質子比、硼碳比都呈現上升趨勢。最終答案也許會在下次AMS-02資料組公開後出現。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. Violet- physicsworld-Colin Stuart