Zvětšit obrázek

Prvá snímka stopy pozitrónu v hmlovej komore, zachytená jeho objaviteľom Carlom D. Andersonom v roku 1932. V strede komory je 6 mm hrubá olovená platňa, ktorá spomalila pozitrón letiaci zdola. Preto je jeho dráha (vlasu podobná čiara) v magnetickom poli zakrivenejšia nad platňou viac, než pod ňou. Ako prvý existenciu pozitrónu vypočítal Paul Dirac v roku 1928. 

Zdroj: Wikipedia

Vesmír sa podľa našich súčasných poznatkov skladá z asi 72 % tmavej energie, 23 % tmavej hmoty, no a nejakého toho zvyšku, ktorý jediný tvorí ten úžasne rozmanitý viditeľný vesmír  – 5 %  baryónovej hmoty. Je to tak trochu deprimujúce a zároveň provokatívne, že už  trištvrte storočia len hľadáme spôsob, ako nakuknúť za oponu tajomstva, ktoré kvôli neviditeľnosti a nedostatku informácií nazývame tmavá hmota. O sebe dáva vedieť zatiaľ len gravitačnými účinkami. Aká je jej podstata, to však dôsledne ukrýva.

 Za kandidátov na vysvetlenie podstaty tmavej hmoty už bol nominovaný celý rad častíc. Od rôznych hypotetických, ktoré vyprodukovala teória supersymetrie, či teória Kaluza – Klein, cez slabo interagujúce hmotné častice, takzvané WIMPs-y, reálne neutrína, až po celé masívne kompaktné halo objekty MACHOs (nepozorovateľné planéty, vyhasnuté chladné hviezdy, menšie osamotené čierne diery...). 
Niektoré z týchto častíc by mali byť detegovateľné aspoň pomocou produktov ich rozpadu, alebo anihilácie. Medzi nimi by sa mali vyskytovať aj častice antihmoty – pozitróny a antiprotóny. Už tretí rok ich, spolu s ďalšími ionizovanými energetickými časticami, v horných vrstvách atmosféry loví sonda PAMELA (Payload for Antimatter/Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics). Od 15. júna 2006 obieha okolo Zeme po kvázipolárnej eliptickej dráhe so sklonom 70^o voči ekliptike, vo výške medzi 350 až 610 km (horná oblasť takzvanej termosféry). Je výsledkom spolupráce ruských výskumných pracovísk, Ruskej vesmírnej agentúry a talianskeho Národného ústavu jadrovej fyziky, so spoluúčasťou vesmírnych agentúr a univerzít v Taliansku, Nemecku a vo Švédsku.
Čiastočné výsledky meraní sondy PAMELA sa objavili v dnešnom čísle časopisu Nature. Medzinárodný, 51 členný tím astronómov v článku „An anomalous positron abundance in cosmic rays with energies 1,5 – 100 GeV“ uverejňuje analýzy nameraného počtu detegovaných elektrónov a ich antičastíc – pozitrónov.

Zvětšit obrázek

Sonda PAMELA - Payload for Antimatter/Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics

Prístroje na PAMELE totiž odhalili prekvapujúco vysoké množstvá pozitrónov. Tvoria síce len malý zlomok kozmického žiarenia (pozn. pod článkom), ale to neznižuje dôležitosť ich výskumu. Možno práve oni nám pomôžu nájsť odpoveď na otázku, čo tmavú hmotu tvorí.  Pozitróny vznikajú pri vzájomných zrážkach častíc kozmického žiarenia s časticami medzihviezdneho plynu. Tento spôsob ich vzniku sa označuje ako ich druhotný (sekundárny) zdroj. Za prvotný – primárny zdroj sa považujú pulzary a takzvané mikrokvazary, alebo práve anihilácia tmavej hmoty. Podľa teoretických modelov pomer pozitrónov k celkovému súčtu pozitrónov plus elektrónov (t.j. pomer (e+) / ((e+) + (e−)) môže indikovať prítomnosť týchto primárnych zdrojov – teda aj tmavej hmoty. Ak totiž vznik pozitrónov má na svedomí kozmické žiarenie (sekundárny zdroj), potom by podiel pozitrónov v celkovom súčte ((e+) + (e−))  mal so zvyšujúcou sa energiou častíc klesať. 

Zvětšit obrázek

Graf závislosti podielu pozitrónov v súčte pozitrónov a elektrónov v závislosti od energie častíc. Červené značky predstavujú namerané hodnoty a ich štandardné odchýlky. Čierna krivka je výsledkom teoretického modelu, vypočítaného pre prípad, že pozitróny vznikajú len zo sekundárnych zdrojov, teda pri zrážkach častíc kozmického žiarenia a medzihviezdneho plynu. Výrazný nesúlad indikuje prítomnosť primárneho zdroja. Je to pulzar, alebo rozpad častíc tmavej hmoty?

Zdroj:  Astrophysics

Už aj predchádzajúce výskumy naznačili, že opak je pravdou a zaznamenali zvýšenie počtu pozitrónov v rozsahu energií 300 až 600 GeV. Spomínaná práca tímu PAMELA sa zaoberá nižšími energiami v rozsahu 1,5 až 100 GeV, kde bol pozorovaný podobný vzostup.
„Zistili sme, že táto zložka pozitrónov prudko narastá o viac ako jeden rád (viac ako desaťnásobok) spôsobom, ktorý absolútne nezodpovedá sekundárnym zdrojom“  komentuje výsledky šéf výskumu a prvý autor štúdie Oscar Adriani, astrofyzik z Univerzity vo Florencii. „Dospeli sme k záveru, že je nevyhnutná existencia primárneho zdroja, či už astrofyzikálneho objektu, alebo anihilujúcej tmavej hmoty.“

Sonda PAMELA, pôvodne konštruovaná na trojročnú prevádzku si svoju pracovnú zmluvu predĺži minimálne do konca tohto roku, čo umožní vedcom doplniť údaje aj pre vyšší rozsah energií – až do 300 GeV. Možno to viac napovie o zdroji zvýšeného toku pozitrónov, najmä, ak sa v energetickom spektre odhalia maximá, ktoré niektoré teórie o podstate tmavej hmoty predpokladajú. Ak zdrojom pozitrónov je v astronomických mierkach „blízky“ vesmírny zdroj, napríklad pulzar, v meraniach na obežnej dráhe by sa to malo prejaviť v podobe rozdielov vo smeroch, z ktorých „nadpočetná“ časť pozitrónov prilieta. 

Zdroje:  Nature,  Astrophysics (voľne prístupný článok)

Kozmické žiarenie nie je druhom elektromagnetického žiarenia v pravom slova zmysle, ako by sa podľa názvu dalo predpokladať, ale prúdom energetických častíc, vlietajúcich z kozmického priestoru do zemskej atmosféry. Najväčší podiel (až 90 %) tvoria protóny, asi 9 % jadrá hélia (alfa častice) a asi len jedno percento elektróny. Tieto ionizované častice vznikajú pri procesoch na Slnku, ale aj v neznámych zdrojoch vo vzdialenejších oblastiach vesmíru.