在過去的十年左右，科學家們注意到地球正在受到比預期多得多的反物質轟擊。現在，他們正在逐漸接近這種奇怪轟擊的源頭，初步將其與神秘的暗物質聯絡起來，暗物質被認為構成了宇宙中大約五分之六的物質。
每個普通物質粒子都有一個反物質對應物，質量相等但電荷相反。例如，帶負電的電子的反粒子是帶正電的正電子，這種粒子構成了從外太空撞擊地球大氣層頂部的反物質的大部分。當一個粒子遇到它的反粒子時，它們會相互湮滅，通常會釋放出稱為伽馬射線的能量光子作為結果。
2008 年，研究人員使用太空載荷PAMELA（反物質物質探索和輕核天體物理學）探測器發現，撞擊地球的高能質子的數量大約是標準模型預測的三倍。這些結果後來被費米伽馬射線太空望遠鏡以及安裝在國際空間站上的阿爾法磁譜儀（AMS-02）證實。從那時起，天體物理學家一直在爭論所有這些過剩的正電子可能來自哪裡。
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一種有希望的解釋是：過剩可能來自附近的脈衝星，這些脈衝星是已死亡的大質量恆星快速旋轉的殘骸，它們在旋轉時會劇烈地噴射出正電子和各種其他高能粒子。一種更奇特的可能性是，這種反物質是由暗物質的衰變粒子釋放出來的，天文學家迄今為止僅透過其對普通物質的明顯引力效應“探測”到了這種理論上不可見的物質。
為了檢視脈衝星是否可以解決這個反物質難題，一個國際研究團隊分析了來自高海拔水切倫科夫（HAWC）伽馬射線天文臺的資料，該天文臺位於墨西哥城以東約四小時車程的火山側翼。當來自湮滅的正電子的伽馬射線撞擊地球大氣層時，它們會撕裂原子，產生以接近光速向下衝的粒子簇射。當這些簇射撞擊 HAWC 的 300 個波紋鋼罐中的水時，會產生微小的閃光。觀察者可以檢測並記錄這些閃光，並使用它們來推斷觸發粒子級聯的伽馬射線的能量和宇宙起源。
科學家們專注於來自兩個可能用正電子轟擊地球的附近脈衝星附近的伽馬射線——Geminga 和 PSR B0656+14，它們分別位於距離地球約 815 和 950 光年處。“HAWC 掃描大約三分之一的頭頂天空，讓我們第一次從廣角視角看到天空中的高能光，”該研究的合著者、馬里蘭大學帕克分校的粒子天體物理學家喬丹·古德曼說。“在 HAWC 之前，有一些天文臺對高能伽馬射線非常敏感，但它們的視野相對有限。有了 HAWC，我們可以看到伽馬射線是如何從這些脈衝星擴散到廣闊的天空區域的。”研究人員在 11 月 17 日的《科學》雜誌上詳細介紹了他們的發現。
古德曼和他的同事使用 HAWC 繪製了這些脈衝星的正電子產生的伽馬射線輻射在每個大約 65 光年的天空區域中輻射的方式。他們發現，每個脈衝星都被一種渾濁的“霧”所包圍，只有相對較少的正電子可以逃逸並撞擊地球。當正電子撞擊宇宙微波背景輻射（宇宙大爆炸留下的光子）時，它們會幫助形成這種伽馬射線霧。透過繪製每個脈衝星周圍霧的範圍，HAWC 團隊可以估計大多數正電子可以移動的速度和距離。他們的研究結果表明，這些脈衝星“不可能是 AMS-02 和之前的實驗測量的過量正電子的來源”，路易斯安那州立大學的粒子天體物理學榮譽退休教授約翰·韋費爾說，他沒有參與這項研究。
即便如此，正電子過剩仍然是“天體物理學中最激動人心的謎團之一”，威斯康星大學麥迪遜分校的粒子天體物理學家賈斯汀·範登布魯克說，他也與這項工作無關。可能正電子來自其他常規天體物理來源，例如黑洞從附近的伴星吸取氣體產生的高能粒子。或者它們確實來自脈衝星，但與 HAWC 團隊假設的路徑相比，它們以更復雜的路徑穿過太空到達地球。隨著 HAWC 和即將到來的切倫科夫望遠鏡陣列從更多附近的脈衝星收集資料，可能會有更多的確定性。
不過，就目前而言，當涉及到反物質謎團的所有潛在嫌疑人時，“唯一剩下的似乎是暗物質，”古德曼說。“我們並不是說 AMS 和 PAMELA 檢測到的是暗物質——我們只是說，我們已經為其他主要嫌疑人（即脈衝星）提供了不在場證明。”