Waar komt dat overschot aan positronen dan vandaag?

De aarde wordt continu bekogeld met kosmische straling: een mix van deeltjes afkomstig uit het heelal. In die kosmische straling treffen we ook energierijke positronen aan: antideeltjes van de bekende elektronen.

Overschot aan positronen
Onderzoekers weten al een tijdje dat er in de kosmische straling veel meer positronen zitten dan men op basis van ons begrip van het omringende universum zou verwachten. “We weten dat energierijke deeltjes in kosmische straling terwijl ze door het heelal reizen snel hun energie kwijtraken door de interactie aan te gaan met andere straling en magnetische velden,” vertelt onderzoeker Sabrina Casanova. “Dat is hoe deeltjes in primaire kosmische straling zich gedragen. Positronen zijn secundaire deeltjes: ze ontstaan uit interacties waarbij primaire straling betrokken is.” Je zou verwachten dat ook deze energierijke positronen – door allerlei interacties – snel in aantal afnemen. “Maar de werkelijkheid is anders. Satellieten en observatoria op aarde detecteren veel meer energierijke positronen dan zou moeten.”

Pulsars
Hoe kan dat? Sommige onderzoekers verklaren de overvloed aan positronen aan de hand van astronomische objecten in onze nabijheid. De antideeltjes van elektronen zouden bijvoorbeeld gegenereerd worden door pulsars (zie kader) en hun omringende nevels.

Te weinig
Maar Casanova en collega’s vegen die verklaring nu van tafel. Ze bestudeerden over een periode van zeventien maanden de straling die afkomstig is van twee relatief nabije pulsars. De pulsars bleken wel positronen voort te brengen, maar veel te weinig om de grote hoeveelheid positronen in de kosmische straling die de aarde bekogelt, te kunnen verklaren.

Een pulsar (te zien op de afbeelding bovenaan dit artikel) is eigenlijk een soort deeltjesversneller. De snel roterende sterren hebben een krachtig magnetisch veld waarin deeltjes versneld worden. Die versnelde deeltjes klappen op gas en stof in omringende nevels, waardoor weer nieuwe deeltjes ontstaan. Zo kan een pulsar ook positronen genereren. Alleen niet genoeg om het overschot aan positronen op aarde te kunnen verklaren.

Alternatieve verklaringen
Maar waar komen de positronen die op aarde zijn gedetecteerd, dan vandaan? “Aangezien nabije pulsars een bescheiden rol spelen in het genereren van energierijke positronen, worden andere verklaringen steeds waarschijnlijker. De meest interessante is de hypothese die stelt dat de bovenmatig aanwezige positronen hun oorsprong vinden in het verval van donkere materie.”

Als die hypothese klopt, zijn de overtollige positronen die we in kosmische straling op aarde hebben aangetroffen, heel bijzonder. In dat geval hebben we namelijk voor het eerst deeltjes gedetecteerd die het resultaat zijn van interacties waar de nog altijd zeer mysterieuze donkere materie bij betrokken is.