Европейские ученые установили форму таинственного облака антиматерии, расположенного в центральной области Млечного пути. Оно оказалось довольно кривобоким – что дало повод задуматься над происхождением античастиц.

Integral: гамма-глаз человечества Слева: распределение гамма-излучения с энергией 511 КэВ, исходящего от аннигилирующих электрон-позитронных пар. Справа: распределение двойных рентгеновских звездных систем показывает связь с облаком антиматерии

Исследование велось группой европейских ученых во главе с Георгом Вайденспойнтнером (Georg Weidenspointner) целых четыре года. Полученные результаты дают новые данные для понимания загадочной антиматерии (материи, построенной из античастиц), ее происхождения и свойств. В частности, они поставили под сомнение предположение о том, что антиматерия появляется в результате аннигиляции или распада темной материи – также весьма странной «субстанции», недоступной современным средствам наблюдения, но проявляющей себя косвенно, по гравитационным эффектам, которые она оказывает на наблюдаемые объекты. Основным «глазом науки» в этом случае стала орбитальная гамма-лучевая обсерватория ESA Integral, направившая свои датчики к центральным регионам нашей галактики, где и расположено облако антиматерии. При столкновении отдельных входящих в облако античастиц (позитронов) с частицами (электронами) они аннигилируют, испуская гамма-лучи с энергией 511 КэВ, которые и детектировал спутник. Это излучение, исходящее из центра Млечного пути, впервые было замечено еще в 1970-х, и с тех пор не затихают дебаты о его происхождении, верней, о том, откуда там в таких количествах взялись позитроны. Ряд астрономов предполагали, что источником античастиц являются взрывающиеся звезды: в ходе таких колоссальных взрывов образуются большие количества нестабильных элементов и частиц, некоторые из которых, распадаясь, выделяют позитроны. С другой стороны, вряд ли такие античастицы смогли бы покинуть оставшееся после взрыва облако материи, не столкнувшись с частицами и не аннигилировав – тем более в таких значительных количествах.

Другие ученые считали, что дело в более необычном явлении. Дело в том, что по первоначальным грубым данным был сделан вывод о том, что облако антиматерии имеет почти строго сферическую форму, причем центр сферы совпадает с центром самой галактики. Это позволило предположить, что в появлении облака антиматерии виновата темная материя, присутствующая в центре Млечного пути. Была выдвинута гипотеза о том, что темная материя, распадаясь, оставляет электрон-позитронные пары, которые, в свою очередь, аннигилируют и выделяют гамма-лучи. Правда, теоретические расчеты показали, что для этого загадочные частицы темной материи должны были бы быть намного мельче, чем это позволяют современные теории.

Новое исследование европейских астрономов породило еще больше скепсиса относительно этой «темно-материальной» версии. Мощные современные детекторы, установленные на зонде Integral, показали, что в действительности облако не совсем сферическое: с одного бока оно сплющено почти вдвое относительно другого. Это крайне необычно, ведь вообще газ во внутренних областях галактики распределен почти равномерно.

Что еще важно, Integral показал, что форма облака антиматерии совмещается с распределением бинарных звезд LMXB, расположенных в тех же областях галактики. Эти объекты состоят из обычной звезды в паре с нейтронной или с черной дырой, которые понемногу «пожирают» своего соседа, оттягивая от него материю. По мере того как газ падает на поверхность нейтронной звезды (или в черную дыру), он разгоняется и раскаляется, активно излучая в рентгеновском диапазоне, а зонд Integral может «видеть» и в этой части спектра. Так что исследователями удалось показать, что распределение LMXB неравномерно и соотносится с облаком антиматерии. Это серьезный довод в пользу того, что антиматерия как-то связана именно с этими объектами, возможно, порождая основную ее массу.

Именно такое предположение и высказали Вайденспойнтнер с коллегами: «Несложные расчеты показывают, что как минимум половина, если не вся антиматерия ведет начало от этих двойных рентгеновских систем», - говорит ученый. Почему половина? Возможно, вторая часть появляется в ходе подобного процесса, происходящего в центре галактики, в его сверхмассивной черной дыре. Чтобы прояснить вопрос окончательно, астрономы намерены более тщательно установить распределение двойных LMXB-систем.