伽马射线天文台探测到来自墨西哥Pico de Orizaba国家公园13500英尺高空的宇宙射线，塞拉尼格拉火山在背景中隐约可见。（图片来源：HAWC）
许多反物质粒子流向地球，但科学家们却无法解释这个现象，而墨西哥中部山顶天文台的新研究则通过排除一个可能的来源，而加深了这个谜团。
地球不断被各种宇宙源的高能粒子所冲刷。物理学家Victor Hess在1912年用气球提供了证明宇宙射线的外星性质的第一个证据。从那以后，科学家们已经确定并考虑了各种不同的来源类型，但是这些粒子中的一些来源仍然是这些专家无法确认的。
《科学》杂志于11月17日详细介绍了最近的发现，它涉及正电子，即电子的反物质补充。研究的合作者，来自洛斯阿拉莫斯国家实验室Hao Zhou表示，高能粒子，通常是穿过银河系的质子，当它们与空间中的尘埃和气体相互作用时，就会产生正电子和电子对。2008年，太空PAMELA探测器测量出大量的地球正电子。Zhou表示，这是他们预期的10倍。
经过多年的努力，密歇根理工大学就这项新研究发表了一项声明，集中合并了两个不同的解释。一个假设表明，这些粒子来自附近的脉冲星，即快速旋转的中子星，它可以像电子和正电子的粒子一样以惊人的速度旋转。另一个群体为超额正电子提供了一个更为奇特的起源，可能涉及暗物质，这是一个未知但普遍存在的实体，占宇宙质量的80％。
携带电荷的正电子等粒子很难在地球上被检测到，因为它们可以被行星的磁场偏转。但科学家有一个解决方法。这些粒子还会与宇宙微波背景辐射相互作用，那是宇宙诞生时剩余的低能量光子流。Zhou表示：“能量的电子或正电子将反冲那些低能量的光子，所以这个光子就变成了高能量的伽马射线。这些没有电荷的伽玛射线可以穿过磁场，一直到达地球表面。”
Zhou的团队对来自附近两个脉冲星（Geminga及其同伴PSR B0656 + 14）方向的伽玛射线进行了详细的测量，这些伽马射线距离地球的年龄和距离或许恰好能解释那些多余的正电子。为此，科学家们使用位于墨西哥城以东约4小时车程的HAWC伽玛射线天文台来完成这一研究。HAWC由超过300个超纯水罐组成。当伽玛射线进入大气层时，会产生一系列高能粒子。当这颗粒子通过HAWC的水罐时，它会发出闪烁的蓝光，科学家可以用它来确定原始宇宙射线的能量和起源。
马里兰大学的研究人员也对这项工作做出了贡献，来自HAWC的数据显示，粒子从脉冲星中流出的速度太慢，因此不能解释过多的正电子。Zhou表示，为了能按时到达这里，粒子必须在脉冲星形成之前离开。
Zhou的同事很快指出了一个重要的问题。“我们的测量结果并不能解决暗物质的问题，但任何试图用脉冲星来解释过量的新理论都需要与新的数据相匹配，”马里兰大学物理学家David Goodman在声明中说道，他是HAWC的首席调查员兼美国发言人。
通过观察星系的旋转，科学家们确定宇宙所包含的物质比我们能观察到更庞大。他们称这个神秘的额外物质为暗物质。除非是从远方看到暗物质的引力影响，否则没有人能直接检测到它。然而，一种流行的物质模型显示，其中涉及弱相互作用的大质量颗粒，即弱相互作用的重粒子，它们只能通过重力与常规物质相互作用。Zhou表示，如果这些粒子产生衰变，或者以某种方式被湮灭，他们可以想象接下来会产生成对的电子和正电子的现象。
Zhou表示，还有其它的天体物理过程也要考虑，如超新星残余物和微类星体，当物质向黑洞螺旋时形成的极其明亮的物体，可以产生正电子。而宇宙微波背景辐射下颗粒相互作用的初始模型是不准确的。“为了证实对暗物质的检测，我们还有很长的路要走，”周说道， “我们必须排除所有的这些天体物理过程。”
Zhou的团队计划利用HAWC非常广泛的视野，在未来的研究中缩小这些选择范围。
