Коллаборация, работающая с аппаратом PAMELA (Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics), который установлен на российском спутнике «Ресурс-ДК», опубликовала новые данные о загадочной многочисленности позитронов высоких энергий в околоземном космосе.

Позитроны, античастицы электронов, по мере роста энергии должны встречаться реже, чем собственно электроны, учит нас теория. Однако уже первые результаты PAMELA, появившиеся в 2008 году, показали, что

выше 10 ГэВ позитронов в космических лучах почему-то становится всё больше.

Рис. 1. Аппарат перед установкой на спутник (здесь и ниже иллюстрации PAMELA collaboration).

С тех пор результаты пытались уточнить: сначала космический гамма-телескоп «Ферми», потом магнитный альфа-спектрометр на МКС. В обоих случаях было зафиксировано повышение числа позитронов, хотя «Ферми» показал его только с 20 ГэВ. После какого-то рубежа (ориентировочно 100 ГэВ) их доля вновь снижалась.

Явление требовало теоретического объяснения, и самым интригующим стала гипотеза следов тёмной материи (ТМ). Если, как утверждает ряд ТМ-теорий,

её частицы могут аннигилировать друг с другом, то при этом образуются и электроны, и их античастицы. На самых низких энергиях события окружающего космоса, тоже производившие электроны, заглушат следы ТМ, но в диапазоне порождаемых их аннигиляцией частиц будет сильный избыток позитронов.

Альтернативная теория приписывала их избыток пульсарам — чрезвычайно быстро вращающимся нейтронным звёздам.

И вот коллаборация PAMELA, закончив обработку данных последних наблюдений аппарата, представила окончательное абсолютное число обнаруженных позитронов высоких энергий. Сразу оговоримся: всё-таки это скорее оценка, ибо наши позитронные детекторы всё ещё далеки от совершенства.

Дело в том, что измерения разницы уровней электронов и позитронов таких недостатков лишены. А вот регистрация абсолютного числа позитронов куда менее безупречна. Поэтому данные о регистрации 24 500 позитронов за три года работы PAMELA потребовали столь серьёзных усилий.

Коллаборация настроена скептически по отношению к обеим основным теориям об источниках этих позитронов. Субир Саркар (Subir Sarkar) из Оксфордского университета (Великобритания) напоминает, что данные PAMELA сходны с полученными магнитным альфа-спектрометром МКС. При этом он утверждает:

«Объяснение происходящего тёмной материей натянуто, поскольку требует веса исходной частиц порядка ТэВ/с², с предельно высоким количеством случаев аннигиляции, при которой не создавалось бы никаких антипротонов». Не слишком ласково г-н Саркар отзывается и о пульсарном происхождении позитронов, полагая, что истинным источником является взаимодействие ударных волн сверхновых с обычной окружающей материей, позволяющее ускорять позитроны.

Рис. 2. Неразрывная чёрная линия показывает первоначально ожидавшееся на основе теоретических расчётов число позитронов. Красным выделено реально зарегистрированное количество. До сих пор иные предлагавшиеся модели (другие чёрные линии) не полностью соответствовали наблюдениям.

Подобная гипотеза может быть проверена на практике: если такой разгон действительно происходит, то часть углерода должна распадаться до бора, то есть соотношение углерод — бор в наблюдаемой Вселенной местами будет отличаться от теоретически правильного, полагает учёный.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.