Астрономы выяснили, где искать звёзды из антивещества

Учёные назвали объекты, которые могут оказаться звёздами из антиматерии.

Учёные изучили объекты, которые могут оказаться звёздами из антиматерии, и подсчитали, сколько таких антизвёзд может быть в нашей галактике.

Злой двойник вещества

Напомним, что у каждой элементарной частицы есть античастица: у протона – антипротон, у нейтрона – антинейтрон, и так далее. Частица очень похожа на свою античастицу, но имеет противоположный электрический заряд.

Свойства антивещества совершенно аналогичны свойствам вещества. Во всяком случае, так гласит теория, и пока все проведённые эксперименты её подтверждают. Антипротоны и антинейтроны объединяются в ядра атомов антиматерии. Добавив к ним антиэлектроны (позитроны), можно получить и сами антиатомы. Теоретически из них могли бы образоваться антизвёзды, антипланеты и антилюди.

Нужна самая малость: чтобы нигде в окрестностях не было обычного вещества в сколько-нибудь заметных количествах. Ведь когда частица и её античастица встречаются, они уничтожают друг друга, полностью превращаясь в излучение. Этот процесс называется аннигиляцией. К слову, при аннигиляции одного килограмма материи с килограммом антиматерии выделились бы десятки мегатонн энергии в тротиловом эквиваленте. Воистину, это был бы впечатляющий фейерверк.

Учёные подсчитали, сколько звёзд из антивещества может быть в Млечном Пути.

Фото Pixabay.

Где находится антикосмос?

Возможно ли, чтобы одни регионы космоса были заполнены веществом, а другие – антивеществом? Эта гипотеза выглядит очень сомнительной. Всё, что мы знаем о первых секундах и минутах после Большого взрыва, говорит о том, что материя и антиматерия должны были образоваться в виде равномерной смеси. Но по какой-то причине вещества образовалось больше, чем антивещества. Поэтому, когда вся антиматерия встретилась с материей в смертельном объятии, в космосе всё-таки осталось некоторое количество вещества. Именно из этого остатка состоит всё, что нас окружает, и мы сами.

К слову, учёные до сих пор не знают, как вышло, что материи образовалось больше, чем её практически идеального двойника – антиматерии. Это загадка, над которой физики бьются десятилетиями.

Однако недавние экспериментальные данные заставили исследователей поставить под сомнение общепринятые теории. Дело в том, что установленный на борту МКС прибор AMS-02 зафиксировал в космических лучах нечто, похожее на ядра антигелия.

Это довольно неожиданный результат. Физикам известно немало процессов, в которых рождаются позитроны (антиэлектроны). Это происходит даже при ударах молнии. В некоторых ядерных реакциях, протекающих в космосе, получаются антипротоны. Но ядро антигелия устроено куда сложнее. Оно содержит два антипротона и два или три антинейтрона.

Антигелий трудно получить в результате реакции между частицами обычного вещества. Впрочем, это всё-таки возможно. Экспериментаторы наблюдали этот процесс на ускорителях. А в космосе есть природные ускорители, до которых очень далеко любым рукотворным установкам. Так что теоретически в космических лучах действительно могут встретиться атомы антигелия.

Но есть ещё одна возможность, которая обеспечит присутствие антигелия на орбите Земли. Нужно только допустить, что в космосе всё-таки существуют регионы, заполненные антивеществом.

Мы знаем, что звёзды состоят в основном из водорода и гелия. Тогда антизвёзды должны состоять из антиводорода и антигелия. И, между прочим, звёзды выбрасывают часть своего вещества в космос в течение всей своей жизни и особенно в её финале. Если антизвёзды поступают так же, то понятно, как в космическом пространстве мог оказаться антигелий. А со временем он мог преодолеть межзвёздные бездны и оказаться в нашем регионе, где бал правит материя, а не антиматерия.

Карта неба, на которой кружками показаны потенциальные антизвёзды.

Иллюстрация Simon Dupourqué et al./Physical Review D (2021).

Сияние с небес

Если забыть на минуту о том, как маловероятен подобный сценарий, и допустить, что в Галактике есть антизвёзды, то каким образом мы можем отличить их от звёзд?

В оптический телескоп это сделать невозможно. Свет, испускаемый антизвёздами, ничем не должен отличаться от света звёзд. Но есть ещё одна возможность.

В пространстве вокруг антизвёзд должна быть и обычная материя: разреженный межзвёздный водород. Падая на антизвёзды или же сталкиваясь с антизвёздным ветром, это вещество будет аннигилировать и испускать гамма-лучи. Таким образом, близкая антизвезда будет выглядеть как яркий источник гамма-излучения.

Этим и воспользовались авторы нового исследования. Они изучили данные, собранные орбитальным гамма-телескопом Fermi за десять лет. В каталоге гамма-источников исследователи искали объекты, которые могли бы оказаться антизвёздами по свойствам своего излучения, и при этом не были бы надёжно отнесены к какому-либо классу небесных тел.

Всего астрофизики обнаружили 14 кандидатов в антизвёзды. Разумеется, это могут быть никакие не антизвёзды, а пульсары, чёрные дыры или другие знакомые астрономам источники гамма-лучей. Ведь антигелий, даже если он действительно был обнаружен детектором, далеко не гарантия существования "антисветил". Впрочем, кто знает?.. Вселенная порой преподносит учёным очень неожиданные сюрпризы.

Эксперты также рассчитали, сколько вообще в Галактике может быть антизвёзд, с учётом того факта, что мы их ещё не обнаружили. Оказалось, что на 300 тысяч обычных светил может приходиться не более одной антизвезды. Конечно, это мизерная доля. Но в Млечном Пути сотни миллиардов звёзд, так что в сумме речь может идти о миллионах их "злых двойников".

Научная статья с результатами исследования была опубликована в журнале Physical Review D.

Ранее мы рассказывали и о других необычных гипотетических объектах. Так, некоторые учёные не исключают существования "звёзд" из тёмной материи, планет из странной материи и прозрачных звёзд-призраков.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".