반물질로 만들어진 별이 있을까?
은하수에 있는 40만 개의 별 중 하나는 안티스타(Antistar)가 될 수 있다.

스텔라 미러 월드 :
은하수에 있는 수십억 개의 별은 감지되지 않은 수많은 안티스타(반물질로 만든 별)을 숨길 수 있다. 천문학자들은 우리 우주 환경에 있는 14개의 감마선 소스에서 이것의 가능한 징후를 본다. 그 스펙트럼은 물질 반물질 소멸의 스펙트럼에 해당한다. 이것이 확인되면 은하계의 정상 별 백만 개당 약 2.5개의 항성일 수 있다. 

▲ 은하수에 있는 이 14개의 감마선 소스는 반물질일 수 있다. © S. Dupourqué / IRAP

반물질에 대한 물질의 우세는 우리 우주의 가장 큰 미해결 수수께끼 중 하나다.
사실 빅뱅은 두 가지 형태의 물질을 동일한 비율로 만들어 냈어야했기 때문dl다. 그러나 오늘날 반물질은 드물다. 반입자는 방사성 붕괴나 번개와 같은 물리적 과정에서 형성되지만 정상적인 입자와 접촉하면 거의 즉시 소멸된다. 이것은 특징적인 스펙트럼을 가진 감마 방사선을 생성한다.

안티 헬륨 핵은 어디에서 왔을까?

그럼에도 불구하고 일부 물리학자들은 우주에 더 크고 오래 지속되는 반물질 축적이 있을 수 있다고 가정한다. 그들의 존재는 무엇보다도 2018년 국제 우주 정거장 ISS에서 AMS 탐지기로 포착된 반헬륨 핵의 기원을 설명 할 수 있다. 이 데이터에 따르면, 우리 은하 환경의 1억 개의 헬륨 핵 중 하나는 반물질로 구성돼 있다.

반헬륨 핵이 어디에서 왔는지 지금까지 그 존재는 일반적인 붕괴 과정을 통해 설명하기 어려웠다.

툴루즈 대학의 Simon Dupourqué와 그의 동료들은 “그러므로 그들은 우리 근처에 반물질로 만들어진 구름이나 별이 있다는 가설을 지지할 수 있다. 만약 그렇다면, 이 안티스타들은 감마선을 통해 자멸해야 할 것이다. 표면이 성간 매체의 정상적인 입자에 부딪히면 물질 반물질 소멸이 일어나 감마 방사선을 방출하기 때문이다.

로컬 우주에서 Antistar 후보 14개

Dupourqué와 그의 팀은 최근 그러한 감마 방사선의 근원을 구체적으로 검색했다.
이를 위해 그들은 5,787개의 소스를 포함하는 NASA의 Fermi 감마선 망원경의 네 번째 카탈로그를 평가했다. 천문학자들은 이 중에서 점 모양이고 그 위치가 이전에 알려진 감마선 소스와 일치하지 않는 소스(예 : 펄서 또는 활성 은하핵)를 찾았다.
그중에서 연구팀은 양성자-반양성자 소멸에 전형적인 스펙트럼을 갖는 신호를 검색했다.

실제로 연구원들은 반물질 멸종의 전형적인 특징을 보여주고 알려진 어떤 물체와도 일치하지 않는 14개의 점형 감마선 소스를 확인했다. 천문학자들은 "이 후보들은 추적 가능한 패턴없이 하늘에 분포되어 있고 매우 약한 광선만을 가지고 있다"고 보고했다.
따라서 그들은 이것을 안티스타 후보로 분류한다.
그러나 이것이 실제로 반물질 별인지 확인하려면 Dupourqué와 그의 팀이 강조하는 것처럼 다중 스펙트럼 관측이 필요하다.

백만 개의 일반 별당 2.5개의 Antistar

그럼에도 천문학자들은 이 14개의 후보를 우리 은하 환경에서 가능한 반물질 별의 수를 결정할 기회로 삼고 있다. 이를 위해 그들은 우리 태양으로부터 수억 광년 내에 0.3~10개의 별 질량을 가진 반성 집단을 생성하는 컴퓨터 모델을 구축했다.
그런 다음 소멸률을 기반으로 페르미가 감지한 14개의 감마선 소스를 시뮬레이션하기 위해 몇 개를 어디에 배포해야 하는지 결정했다.

결과 :

"일반적인 젊은 별과 유사한 속성을 가진 안티스타의 경우, 지역의 비율은 250만분의 1이다"고 Dupourqué와 그의 팀은 보고했다. 즉, 약 1백만 개의 일반별에는 2.5개의 반물질 별이 있다. 즉, 각각 40만 개의 별이 있다. 별은 안티스타가 될 수 있다.

우리 근처보다 헤일로에서 더 많이

그러나 이 반물질 별 중 하나가 우리 태양계 바로 근처에 있을 확률은 매우 낮다.
천문학자들은 "우리의 결과는 태양계 주변에 별이 없는 구역이 있다는 초기 고려 사항을 오히려 뒷받침한다"고 말했다. 따라서 우리에게 가장 가까운 반물질 별은 우리로부터 수십에서 수천 광년 떨어져 있을 수 있으며, 반헬륨 핵도 그들로 부터 나올 수 있다.

천문학자들은 은하수의 소수의 반성들이 인구 밀도가 낮은 후광에 숨겨져 있을 가능성이 훨씬 더 높다고 생각한다. 하지만 그들의 존재는 아직 입증되지 않았다. 반물질로 만들어진 이국적인 구조는 당분간 가설로 남아 있다.
(Physical Review Letters, 2021; doi : 10.1103 / PhysRevD.103.083016)
출처 : American Physical Society APS

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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