Галактика истекает антивеществом

Открытие

Благодаря недавнему открытию, сделанному группой американских ученых, представление об устройстве нашей родной Галактики наверняка изменится. Ученые из Северо-Западного университета (Northwestern University), расположенного в Эванстоне (Иллинойс), Морской исследовательской лаборатории (Вашингтон) и еще нескольких научных учреждений США обнаружили существование потока антиматерии, выбрасываемого из центра нашей Галактики перпендикулярно ее плоскости на расстояние 3 тыс. световых лет. Максимальный диаметр выброса составляет 4 тыс. световых лет.

Открытие было обнародовано 28 апреля на 4-м Комптоновском симпозиуме, проходившем в Уильямсбурге (Виргиния), где присутствовало более двухсот специалистов по астрофизике гамма-излучений. В полном объеме результаты будут опубликованы в "Astrophisical Journal".

Выброс антиматерии был обнаружен в результате обработки данных, получаемых с ноября 1996 года от направленного сцинтилляционного спектрометра (OSSE - Oriented Scintillation Spectrometer Experiment), установленного на спутнике-обсерватории CGRO (Compton Gamma Ray Observatory). Этот спутник, принадлежащий NASA, был выведен на орбиту шаттлом в 1991 году. Он предназначен для обнаружения, измерения и регистрации космических гамма-излучений. OSSE обеспечивает чувствительность в десять раз большую, нежели любые другие существующие приборы такого рода.

Исследователи изучали карты и снимки галактических источников гамма-излучений, полученных с CGRO, на которых, как и ожидалось, были обозначены известные области антиматерии, лежащие в плоскости галактики в центральной ее части. Неожиданностью, то есть открытием, стало то, что на картах было обнаружено компактное облако антиматерии, которое вырывалось из центра галактики перпендикулярно ее плоскости.

Д-р Чарльз Дермер (Charles Dermer), руководитель исследовательской группы из NRL, так комментировал свои впечатления от обнаруженного феномена: "Это было похоже на то, как будто в доме, в котором ты жил с детства, внезапно обнаружилась еще одна комната. Причем эта комната оказалась не пуста: в ней находится что-то вроде генератора или бойлерного котла, который испускает поток антиматерии".

Вспомним то, что знаем

Как известно, нашу Галактику, которая относится к классу спиральных, можно представить в виде диска с шарообразным утолщением в центральной части. Диаметр Галактики условно считается равным 100 тыс. световых лет. Солнечная система примерно на 25 тыс. световых лет удалена от центра Галактики, который можно было бы обнаружить на ночном небе в направлении созвездия Стрельца. К сожалению, блистательное ядро недоступно нашему взору из-за огромных пространств, заполненных космической пылью и газом. Поэтому мы видим только сечение галактического диска, которое и есть Млечный путь.

В центре Галактики существует гигантская черная дыра, имеющая массу миллионов солнц, вблизи которой протекают невообразимые процессы образования новых звезд, дуют мощные потоки газов - звездные ветры, взрываются сверхновые. Эту область специалисты называют "Великий Аннигилятор".

Не менее известно, что материя нашей Вселенной состоит из атомов, которые, в свою очередь, построены из базовых элементарных частиц: протонов, нейтронов и электронов. Антивещество построено из атомов, в которых вместо частиц - античастицы, в некотором смысле противоположные частицам нашего мира. Например, если электрон представляет собой элементарный отрицательный заряд, то его двойник в антивеществе (позитрон) несет такой же по величине, но положительный заряд. Антивещество почти невозможно обнаружить в пространстве непосредственно, поскольку в вакууме оно себя никак не проявляет. А вступая в контакт с обычной материей, антивещество (вместе с веществом) уничтожается в процессе аннигиляции, сопровождающемся гамма-излучением. Гамма-лучи имеют энергию 511 кэВ, что в 250 тыс. раз больше, чем энергия фотонов видимого света.

Атмосфера Земли космические гамма-лучи почти не пропускает. Поэтому и приходится выводить гамма-измерительные астрофизические инструменты в космос. В начале 70-х стало технически возможным начать регистрацию гамма-излучения, исходящего из центра Галактики. К удивлению астрофизиков, в начале 80-х поток гамма-излучения из центра почему-то намного уменьшился. Это может означать только то, что позитроны в центре Галактики "производятся" небольшими, дискретными источниками.

Откуда антивещество?

Позитроны - редкие посетители нашей Вселенной. Антиматерия в виде антипротонов или целых антиатомов вообще никогда не обнаруживалась в естественных условиях: она была синтезирована в лабораторных экспериментах. Существует несколько естественных путей возникновения позитронов в космосе.

Например, распад природных радиоактивных элементов. Сами радиоактивные элементы непрерывно образуются при протекании термоядерных реакций в таких космических объектах, как сверхновые, новые, звезды Вольфа-Рейета, то есть в больших звездах, имеющих фиолетовую спектральную характеристику поверхности. А поскольку такие объекты довольно типичны для нашей Галактики, то радиоактивных материалов - а следовательно, и позитронов - должно хватать. Кстати, все радиоактивные вещества на Земле - звездного происхождения.

Другой причиной возникновения позитронов является распад материи в условиях чрезвычайно сильного гравитационного поля, которое должно существовать в черных дырах. По мере затягивания в черную дыру температура материи растет - до тех пор пока не произойдет полный распад, при котором высвободятся электроны и позитроны, вырывающиеся из дыры на бешеных скоростях.

Количество позитронов, производимых черной дырой, может значительно меняться во времени (конечно, по космической временной шкале), поскольку все зависит от того, когда очередной кусок материи от ближайших звезд будет затянут в дыру. А вот количество позитронов, производимых общими процессами распада радиоактивных элементов, остается в Галактике почти неизменным.

Третьей причиной возникновения позитронов может быть то, что в области центра Галактики на протяжении последнего миллиона лет сливаются две массивные нейтронные звезды. Никем не доказано, но общепризнано, что процесс слияния может быть источником многих загадочных явлений, связанных с гамма-излучением, ставящим в тупик астрономов вот уже более двадцати лет.

Мнения специалистов

После совершенного открытия, пытаясь объяснить механизм происхождения необычного потока антивещества, ученые начали строить догадки и выдвигать теории, которые и были преподнесены на симпозиуме. Сразу скажем, что никакого вразумительного и окончательного объяснения истечению антивещества из Галактики пока никто не предложил. Высказываются предположения, что это явление связано с мощными процессами образования новых звезд, происходящими вблизи черной дыры. Другие объясняют это электромагнитными бурями, стекающими с поверхностей гигантских звезд и образующими общий поток антиматерии. Любители покопаться в черных дырах отстаивают существование генераторов антиматерии непосредственно внутри них.

Один из главных авторов открытия, д-р Уильям Перселл (William Percell) из Северо-Западного университета, сообщил на симпозиуме о том, что, по его мнению, облака антиматерии являются следствием шквала взрывов звезд, который прокатился вблизи черной дыры около миллиона лет назад. Как он сказал, это можно представить как хлопок большего пузыря, расположенного в центре Галактики.

Наиболее философское объяснение происходящему дал д-р Джеймс Керфесс (James Kurfess), руководитель отделения астрофизики космических и гамма-излучений при NRL. Он предположил, что причинами выброса антиматерии могут быть и взрывы звезд, и истечение вещества из черной дыры, и длящееся уже миллион лет слияние двух нейтронных звезд, и другие пока неизвестные причины.

Отвечая на вопрос, почему выброс имеется только с одной стороны галактического диска, д-р Дермер сравнил центр Галактики со скороваркой, у которой давлением пара (взрывающихся звезд) сорвало крышку.

Спите спокойно!

Ученые уверены в том, что в высшей степени маловероятно, что загадочные потоки антиматерии когда-либо достигнут Земли. Но даже если бы это и произошло, то никакого вреда не было бы - поскольку облако чрезвычайно разрежено и плотность антивещества в нем ничтожно мала. Вот разве что энергетические и коммуникационные системы могут всех удивить и огорчить своим поведением… как это уже много раз случалось.