银河系中心一直在发光，每秒上亿亿亿亿个反物质消失——谁在造它们，至今没人知道

银河系的心脏附近，反物质正一刻不停地和物质相遇，然后悄悄消失。

每一秒，大约有一亿亿亿亿亿个正电子在那里湮灭。正电子，就是电子的反物质双胞胎。它们找到一个电子，一拥而上，然后在一道伽马射线的闪光里一起化为乌有。神奇的是，所有这些闪光都精确地调到了同一个"音高"：511 千电子伏特（keV）——这正是一个电子和一个正电子湮灭时释放出的能量，分毫不差。

把整个银河系里这些微弱又稳定的辉光全加在一起，你会得到我们已知规模最大的反物质活动之一。

问题来了：研究了半个多世纪，到今天，没有人能确定地说出——这么多正电子，到底是谁造的。

先说清楚，这不是什么民科，也不是阴谋论。它是高能天体物理学里一个主流的、白纸黑字记录在案的难题，圈内人干脆就管它叫"正电子之谜"。下面咱们一条一条说：我们到底知道些什么，真正卡住人的地方在哪，还有哪些解释现在依然摆在桌上、没被排除。

我们确凿知道的事

故事从 1970 年讲起。

那一年，莱斯大学（Rice University）一个研究组用气球把探测器吊上高空，捕捉到了一条从银河系中心方向飘来的伽马射线谱线。最早的结果由 Johnson、Harnden 和 Haymes（1972）以及 Johnson 和 Haymes（1973）发表，他们把能量定在一个模模糊糊的 473 到 485 keV——这个数偏低，所以一开始研究者还不太敢拍板说这就是正电子湮灭。

这点犹豫在 1978 年烟消云散。贝尔-桑迪亚（Bell-Sandia）研究组放飞了一台高分辨率的锗探测器，一下子把这条谱线钉死在了 511 keV——这是电子-正电子湮灭最招牌、绝不会认错的指纹（综述见 Prantzos 等人，《现代物理评论》（Reviews of Modern Physics），2011）。

但真正把一条普通谱线变成谜的，是它在天上画出来的那张"地图"。

整个 1990 年代，NASA 装在康普顿伽马射线天文台（Compton Gamma Ray Observatory）上的 OSSE 仪器看到：这股辐射强烈地往银河系核球那边扎堆——核球，就是中心周围那一大群密密麻麻的老年恒星。接着，欧洲空间局（ESA）的 INTEGRAL 卫星登场。它的 SPI 谱仪把整个银河系扫了一遍，画出来的结构，跟天文学家在其他任何波段看到的都不一样：一个明亮的、几乎正球形的 511 keV 光球，挂在中心；而相对于那片薄薄的银盘，它亮得离谱——亮到任何正常的恒星家族都解释不了（Prantzos 等人，2011）。这篇 2011 年的综述总结出了大家公认的速率：大约每秒有两乘十的四十三次方个正电子在湮灭。

到了 2025 年，一项分析把 INTEGRAL/SPI 整整二十年的数据（2003 年 2 月到 2023 年 8 月）全堆在一起，把这幅画看得更清楚了，分成了三块：一个明亮的核心，就在距中心约三度的范围内；一个延展的、大致球形的核球；还有一片沿着银道面铺开、更暗一些的银盘。报告给出的流量是：核球区域每平方厘米每秒大约 1.36 乘十的负三次方个光子，整个更宽的银道面大约 2.09 乘十的负三次方（Y. 等人，《天文学与天体物理学》（Astronomy & Astrophysics），2025）。这个团队还留意到一些微弱、勉强算得上信号（约两倍标准差）的新结构迹象，但他们特别强调：这还算不上板上钉钉的发现。

还有两条线索，给所有解释都套上了紧箍咒。

第一，这些正电子跑得很慢。Beacom 和 Yüksel（2006）做了细致的连续谱建模，结果显示：如果这些正电子诞生时带着很高的能量，那它们在慢下来的过程中，会在 1 到 100 MeV 这个波段发光——可伽马射线数据里压根没有这种多出来的光。也就是说，正电子注入时的能量，得压在大约几个 MeV 以下。

第二，湮灭发生在又冷又普通的星际介质里。大多数正电子在湮灭之前，会先组成一种脆弱的"电子-正电子原子"，叫做电子偶素（positronium）。这个比例被 COSI 仪器独立测出来在 0.76 附近（Kierans 等人，2020），而更早的一些综述给的是 0.97 附近。

真正没解开的那个问题

注意，谜题不是"银河系中心附近有没有反物质在湮灭"——这是看得见、板上钉钉的事实。

真正没解开的是：这些正电子，到底从哪儿来？为什么偏偏挤在中心那个明亮的核球里？

银河系里那些"正电子工厂"，平常都跟恒星绑在一起；而恒星是顺着银盘和旋臂分布的，不会乖乖聚成中心那么光滑的一个球。511 keV 的"核球比银盘"亮度比，用文献里的原话说，比任何其他波段都要大（Prantzos 等人，2011）。没有哪一种我们熟悉的源，能自然而然地造出这种形状、这种速率，同时还能让正电子保持足够冷，去满足前面说的那个"飞行中湮灭"的约束。

2025 年 INTEGRAL 团队说得很干脆："没有任何单一情景能够完整解释观测到的流量与空间分布。" 拿着全世界最好数据的那群人，老老实实承认这一点——这才是真正的重磅头条。

各种解释，各有各的底气

目前有好几种解释还在台面上激烈争论。它们的"猜"成分各不相同，但有一点是共通的：没有一个被证实。

放射性的"星尘"（动机充分，但只能解释一部分）。 大质量恒星和超新星会锻造出一些不稳定的同位素——铝-26、钛-44、镍-56——它们在衰变时会放出正电子。其中铝-26 可以通过它自己那条 1809 keV 的伽马射线谱线被独立画成地图，而且大家知道它是顺着银盘走的（Wang 等人，COSI，2022）。这套机制很有可能供给了大部分银盘的信号，可一碰到占主导的核球，就解释不动了。

致密天体（说得通）。 低质量 X 射线双星，还有微类星体的喷流，都能甩出正电子。有意思的是，2008 年《自然》（Nature）上一项研究报告说，银盘的辐射是偏的——一边比另一边亮，而这恰好呼应了某类硬 X 射线双星的分布（Weidenspointner 等人，2008）。这种不对称是真实存在的，但它到底意味着什么，至今还有争议。

轻暗物质（更偏推测）。 因为核球大致是球形的，跟暗物质晕的形状很像，所以有些物理学家提出：会不会是某种质量在 1 MeV 量级的暗物质粒子，在湮灭或衰变时撒下了这些正电子？这一派目前是少数意见，被其他数据卡得死死的，离站得住脚还差得远。

一条新约束（很新，有争议）。 2025 年，一个团队报告说，他们在 COMPTEL 的存档数据里首次疑似探测到了正电子的飞行中湮灭，暗示注入能量集中在 2 MeV 附近这么一个窄带里，并据此论证：这对脉冲星、简单放射性衰变这类"宽谱"的源不太有利（Berteaud 等人，《天文学与天体物理学》，2025）。但毕竟是个新结果，还得等别人独立证实。

好消息是，更敏锐的"眼睛"正在路上。NASA 的 COSI 任务，是一台大视场的锗伽马射线望远镜，计划在 2027 年前后发射，而绘制 511 keV 天图正是它的主要目标之一（Tomsick 等人，2023）。

至于现在嘛——银河系这座反物质喷泉，照旧美美地发着光，就是死活不肯说出它的源头是谁。

下一个谜，也许就藏在这台新望远镜睁开眼的那一刻。逛得越多你会越发现：宇宙最迷人的地方，往往不是它已经回答的那些问题，而是它至今还不肯松口的那些。

来源与延伸阅读

• Prantzos 等人，《银河系正电子湮灭产生的 511 keV 辐射》（"The 511 keV emission from positron annihilation in the Galaxy"），《现代物理评论》83, 1001 (2011)：https://arxiv.org/abs/1009.4620
• 《用 INTEGRAL/SPI 二十年观测为正电子湮灭谱线成像》（"Imaging the positron annihilation line with 20 years of INTEGRAL/SPI observations"），《天文学与天体物理学》(2025)：https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2025/10/aa55895-25/aa55895-25.html
• Weidenspointner 等人，《伽马射线揭示银盘中正电子的不对称分布》（"An asymmetric distribution of positrons in the Galactic disk revealed by gamma-rays"），《自然》(2008)：https://www.nature.com/articles/nature06490
• Berteaud 等人，《探测来自银河系的正电子飞行中湮灭》（"Detection of positron in-flight annihilation from the Galaxy"），《天文学与天体物理学》(2025)：https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2025/08/aa56046-25/aa56046-25.html
• Kierans 等人，《用 COSI 探测银河系 511 keV 正电子湮灭谱线》（"Detection of the 511 keV Galactic Positron Annihilation Line with COSI"），《天体物理学杂志》（ApJ）(2020)：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab89a9
• Wang 等人，《用康普顿谱仪与成像仪测量银河系铝-26》（"Measurement of Galactic 26Al with the Compton Spectrometer and Imager"），《天体物理学杂志》(2022)：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac56dc
• Tomsick 等人，《康普顿谱仪与成像仪（COSI）》（"The Compton Spectrometer and Imager (COSI)"），(2023)：https://arxiv.org/abs/2308.12362