Не все спокойно в космическом королевстве. Недавно появились сведения о первых итогах российско-итальянского космического эксперимента ПАМЕЛА. Результаты исследования могут заставить ученых внести уточнения в существующую модель нашей Галактики.
Если честно, то такого результата исследователи не ждали. В июне 2006 года на борту российского спутника "Ресурс-ДК1" установили уникальный прибор - спектрометр ПАМЕЛА, разработанный российскими, шведскими, итальянскими и немецкими учеными. Цель эксперимента для непосвященных выглядела довольно скромно - изучение потоков заряженных частиц в открытом космосе, прежде всего антипротонов и позитронов. Было известно, что они играют ключевую роль во многих космических процессах. До этого длительных исследований позитронного излучения непосредственно в космическом пространстве никто не проводил. "Этот эксперимент стал первым в своем роде, - рассказал "Итогам" профессор Аркадий Гальпер, директор Института космофизики Московского инженерно-физического института, руководитель проекта РИМ-ПАМЕЛА с российской стороны. - Раньше такие исследования вели лишь на высотных аэростатах, время наблюдений было относительно коротким, а энергетический диапазон наблюдаемых частиц - более узким".
Полученные с помощью ПАМЕЛЫ данные превзошли ожидания ученых. Установленная на спутнике аппаратура позволила регистрировать частицы и "сортировать" их по энергиям и зарядам. С тех пор как "Ресурс" вывели на орбиту, на Землю было передано 12 терабайт научной информации и зафиксировано около 150 тысяч электронов и почти 10 тысяч позитронов в диапазоне от полутора до 100 гигаэлектронвольт (ГэВ). Результат удивил экспериментаторов. Оказалось, что относительное содержание позитронов в общем числе зарегистрированных событий (электронов и позитронов вместе) плавно растет, начиная с энергетического диапазона приблизительно в 10 ГэВ. Например, при энергии 8 ГэВ из 10 тысяч частиц 529 являются позитронами. А у верхней планки выбранного диапазона таких уже почти 1370.
Интрига в том, что подобное распределение частиц противоречит существующим моделям рождения и распространения позитронов в Галактике. Согласно нынешним представлениям основной источник позитронов - это взаимодействие космических лучей, то есть заряженных частиц высоких энергий (преимущественно протонов), с межзвездной средой. Именно в результате таких столкновений рождаются вторичные частицы, которые в конце концов распадаются на электроны и позитроны. В соответствии с этой моделью относительное содержание позитронов должно уменьшаться с ростом их энергии. Однако данные эксперимента говорят о другом: на самом деле происходит нечто противоположное - с увеличением энергии частиц количество позитронов начинает расти. Наблюдаемый эффект уже окрестили "аномальным эффектом ПАМЕЛЫ", и многие специалисты в области космической физики заняты поисками его объяснения.
Какие же гипотезы выдвигают ученые? Их несколько. Самая первая - существующие модели появления космических лучей и их распространения в Галактике не полностью соответствуют действительности. Общепринятая модель связывает появление космических лучей с ускорением элементарных частиц в ударных волнах при взрывах сверхновых звезд. Превышение относительного числа позитронов по сравнению с "модельным" может означать, что состав космических лучей не таков, каким мы его себе представляем. Как следствие, при взаимодействии с межзвездной средой рождается иное число позитронов по сравнению с тем, которое предсказывают модели.
Вторая гипотеза: в аномально большом количестве позитронов "виноваты" близкие к нам астрофизические объекты, например пульсары - вращающиеся нейтронные звезды. В их сильных магнитных полях могут рождаться электрон-позитронные пары.
И наконец, самое интересное предположение. "Повышенное" количество позитронов по сравнению с расчетным может быть следствием превращения частиц темной материи - так называемой скрытой массы Вселенной, недоступной прямым наблюдениям с помощью средств сегодняшней астрономии. Эта материя составляет около 23 процентов в общем балансе материи и энергии во Вселенной (кстати, доля обычной, или барионной, материи, из которой "построены" все известные нам астрофизические объекты, всего 4 процента). Предполагается, что частицы темной материи необычайно массивны, однако не вступают ни в какие взаимодействия, кроме гравитационного, - потому-то их очень трудно обнаружить. Однако эти частицы способны аннигилировать при столкновениях друг с другом, в результате чего рождаются пары электронов и позитронов. Ученые уже высказали версию о том, что именно так появляются "лишние" позитроны - это результат превращения частиц темной материи. В таком случае ПАМЕЛА станет первым экспериментом, в ходе которого удалось, хотя и косвенно, "напасть на след" темной материи.
Впрочем, загадывать рано - для окончательного ответа на вопрос, в чем же причина "аномального эффекта", данных еще недостаточно. "Найти решение этой загадки помогут только дальнейшие исследования в космосе, - утверждает Аркадий Гальпер. - Уже сейчас ведутся эксперименты по изучению гамма-излучения, прежде всего силами международной орбитальной обсерватории GLAST, недавно получившей имя Энрико Ферми".
Гамма-диапазон исключительно важен в космической физике. При взаимодействии космических лучей с межзвездной средой первыми рождаются заряженные и нейтральные пионы. Последние, в свою очередь, распадаются с образованием двух гамма-квантов. Изучая их свойства, как предполагают специалисты, можно получить представление о том, как рождаются и распространяются в Галактике космические лучи. Кроме того, гамма-кванты могут рождаться и при превращении частиц темной материи, поэтому наблюдения в этом диапазоне должны существенно помочь в проверке гипотезы.
По оценкам участников эксперимента, он продлится как минимум до конца 2009 года. В планах ученых - поднять верхнюю планку энергетического диапазона до 200 ГэВ. Если по мере роста энергий регистрируемых частиц относительное число позитронов с какого-то момента перестанет расти, это позволит высказать предположение о природе возможного источника позитронов. А в случае если "ответственным" за аномально высокое число этих элементарных частиц окажется какой-то близкий источник, то по данным прибора можно будет даже указать приблизительное направление, откуда приходит большее число позитронов. В любом случае только новые данные прояснят эту загадку. Но существующую модель Галактики, похоже, надо будет дополнять