反物質可能看起來像是科幻小說中的東西——尤其是在我們的宇宙中幾乎看不到任何反物質，儘管物理學家最好的理論表明，反物質應該在大爆炸期間與正常物質以相同的比例出現。但研究人員確實經常在他們的實驗中產生反物質粒子，並且他們對宇宙中反物質的缺失有了一些解釋的線索：每當反物質和正常物質相遇時，它們就會相互湮滅並釋放出能量。時間之初正常物質最輕微的過量本可以有效地將反物質從天體圖中抹去，除了偶爾在宇宙射線撞擊、人造粒子加速器以及或許某些理論化的暗物質粒子之間的相互作用中產生反物質。
這就是為什麼物理學家在 2018 年如此困惑的原因，當時安裝在國際空間站外部的阿爾法磁譜儀 (AMS) 實驗負責人宣佈，該儀器可能探測到兩個反氦原子核——此外還有之前可能探測到的六個。無論你怎麼分析，已知的自然過程都難以產生足夠的反氦，使其最終進入我們的天基探測器。但所有這些困難方法中最簡單的方法是在反恆星內部製造反氦——當然，反恆星似乎並不存在。儘管完全出乎意料的 AMS 結果尚未得到證實，更不用說正式發表了，但科學家們已經認真對待它們，有些人已經爭先恐後地尋找解釋。
受 AMS 暫定發現的啟發，一群研究人員最近發表了一項研究，計算了宇宙中可能潛伏的反物質恆星的最大數量，這是基於 費米大型區域望遠鏡 (LAT) 發現的目前無法解釋的伽馬射線源的計數。該研究的主要作者，圖盧茲第三大學-保羅·薩巴蒂埃大學天體物理學與行星學研究所和法國國家科學研究中心 (CNRS) 的天體物理學研究生西蒙·杜普爾克在查看了 LAT 十年的資料後，做出了估計，他在十年 LAT 資料中尋找反恆星候選者。
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反恆星會像普通恆星一樣發光——產生相同波長的光。但它們將存在於一個物質占主導地位的宇宙中。當由正常物質組成的粒子和氣體落入這種恆星的引力並與其反物質接觸時，由此產生的湮滅會產生高能光閃。我們可以將這種光視為特定顏色的伽馬射線。該團隊使用了 10 年的資料，總共約有 6,000 個發光物體。他們將列表縮小到以正確的伽馬頻率發光且未歸因於先前編目的天文物體的來源。“因此，這給我們留下了 14 個候選者，在我看來，以及我的合著者看來，它們不是反恆星，”杜普爾克說。然而，如果所有這些來源都是這樣的恆星，該小組估計，在我們恆星附近的區域，大約每 400,000 顆普通恆星中就存在一顆反恆星。
杜普爾克說，這些伽馬射線閃光可能來自脈衝星或星系中心的超大質量黑洞，而不是任何假定的反恆星。或者它們可能僅僅是一些探測器噪聲。下一步將是將望遠鏡指向 14 個候選源的位置，以查明它們是否像恆星或普通的伽馬射線發射物體。
考慮到一些有趣但值得懷疑的伽馬射線源，計算反恆星數量的可能“上限”與實際發現此類天體相去甚遠。因此，大多數研究人員並不傾向於得出這樣的結論。“根據理論和河外伽馬射線的觀測，我們的星系中應該沒有反恆星……人們只會期望與零一致的上限，”美國宇航局戈達德太空飛行中心的天體物理學家弗洛伊德·斯泰克說，他沒有參與這項研究。“然而，擁有進一步的觀測資料來證實這一點總是好的。”
如果科學家，包括作者在內，都對反恆星的存在持懷疑態度，那麼為什麼它們值得討論呢？謎團在於 AMS 對反氦的那些討厭的可能探測，這些探測仍然無法解釋。反粒子可以從兩個已知的自然來源——宇宙射線和暗物質——產生，但它們中的任何一個造成這種情況的可能性似乎都微乎其微。
在法國蒙彼利埃的 CNRS 宇宙學家薇薇安·普林說，隨著我們增加原子的大小，作為反粒子產生原子變得越來越困難。這“意味著它發生的頻率越來越低，但物理學允許它發生。”反質子相對容易形成，但任何更重的東西，例如反氘——一個反質子加上一個反中子——或反氦——兩個反質子加上通常一個或兩個反中子——隨著質量的增加而越來越難以製造。在 2019 年發表的一篇論文中，普林使用 AMS 對反氦的潛在探測計算了反恆星的大概流行程度，這啟發了杜普爾克的新研究。
安納西勒維約粒子物理實驗室的粒子天體物理學家皮埃爾·薩拉蒂曾在普林的 2019 年研究中工作，他說，在一個稱為散裂的過程中，來自爆炸恆星的高能宇宙射線會撞擊星際氣體粒子。負責 AMS 反粒子探測的團隊聲稱，它可能探測到六個反氦-3 原子核，這將是散裂的極罕見產物，以及兩個反氦-4 原子核，這將是宇宙射線幾乎在統計學上不可能形成的，薩拉蒂說。（兩種同位素之間的區別在於添加了一個反中子。）
至於暗物質，某些模型預測暗物質粒子可以相互湮滅——這個過程也可能產生反粒子。但這個過程仍然可能無法制造出足夠數量的反氦-4，讓我們有實際機會看到它（如果這種推測模型根本反映了現實）。這就是為什麼反恆星假說仍然擺在桌面上。經過驗證的反氦探測將是反恆星存在的良好指標，但到目前為止，AMS 是唯一提供任何此類證據的實驗——薩拉蒂指出，該證據尚未獲得同行評審出版。
奧克蘭大學的天體物理學家伊利亞斯·喬利斯也參與了普林的研究，他說：“這是一個非常具有挑戰性的分析，因為對於每個反氦事件，都有 1 億個普通氦事件。”他和其他人說，探測結果有可能最終被證明是非常複雜分析中的僥倖。
麻省理工學院的諾貝爾獎得主物理學家塞繆爾·廷是 AMS 團隊的負責人，他於 2018 年首次公開展示了最新的兩個可能的反氦探測——反氦-4 候選者。“我們尚未準備好釋出任何重反物質結果，”他說。“在釋出任何[進一步]公告之前，我們正在收集更多資料。”
另一種實驗可能會更快給出答案。通用反粒子光譜儀 (GAPS) 實驗是一種氣球載探測器，將於今年在南極洲上空尋找反粒子。喬利斯說，使用 GAPS 探測器發現更多的反粒子——特別是反氘甚至反氦，將使 AMS 結果更具說服力。
如果發現反恆星是罪魁禍首，那麼這一發現將需要對宇宙的演化進行重大重新構想：我們不能再將反恆星和其他由反物質組成的假設天體貶低為合理的推測邊緣。然而，即使它們確實存在，反恆星現在可能也不會形成，薩拉蒂說，因為它們假定的反氫 natal 雲在過去 130 億年左右的時間裡面臨著避免湮滅的巨大機率。因此，可能發現的任何反恆星都可能是早期宇宙極其古老的遺蹟。如果是這樣，一個深刻的謎團將被另一個謎團所取代：這些古老的遺蹟究竟是如何倖存至今的？正如通常情況一樣，一項新的發現提出了比它回答的問題更多的問題。