Wypowiedz słowo „antymateria” i od razu ludzie pomyślą o science fiction - anty-wszechświatach, paliwie dla silników prędkości obrotowej Enterprise i tak dalej. Antymateria składa się z cząstek elementarnych, z których każda ma tę samą masę co odpowiadające im odpowiedniki materii - protony, neutrony i elektrony - ale przeciwne ładunki i właściwości magnetyczne. Kiedy cząstki materii i antymaterii zderzają się, niszczą się nawzajem i wytwarzają energię zgodnie ze słynnym równaniem Einsteina, E = mc2. Ale antymateria nie jest czymś, co jest dostępne w każdej aptece na rogu (i nie jest też pluton, aby kontynuować temat filmu) i wydaje się, że nie ma jej zbyt wiele. Ale zgodnie z teorią nie zawsze tak było, a naukowcy wykorzystują Obserwatorium Rentgenowskie Chandra do poszukiwania dowodów na obecność antymaterii we wczesnym wszechświecie. I to nie jest łatwa praca…
Według modelu Wielkiego Wybuchu Wszechświat został zalany cząstkami zarówno materii, jak i antymaterii wkrótce po Wielkim Wybuchu. Większość tego materiału unicestwiono, ale ponieważ było nieco więcej materii niż antymaterii - mniej niż jedna część na miliard - pozostała tylko materia, przynajmniej we wszechświecie lokalnym.
Uważa się, że śladowe ilości antymaterii są wytwarzane przez potężne zjawiska, takie jak relatywistyczne dżety napędzane czarnymi dziurami i pulsarami, ale nie znaleziono jeszcze dowodów na to, że antymateria pozostała z niemowlęcego Wszechświata.
Jak przetrwało pierwotne antymateria? Uważano, że tuż po Wielkim Wybuchu nastąpił niezwykły okres, zwany inflacją, kiedy Wszechświat ekspandował wykładniczo w ułamku sekundy.
„Gdyby skupiska materii i antymaterii istniały obok siebie przed inflacją, można je teraz oddzielić o więcej niż skalę obserwowalnego Wszechświata, więc nigdy byśmy się nie spotkali” - powiedział Gary Steigman z Ohio State University, który przeprowadził badania. „Ale mogą być one rozdzielone na mniejsze skale, takie jak supergromady lub klastry, co jest znacznie ciekawszą możliwością.”
W takim przypadku zderzenia między dwoma gromadami galaktyk, największymi strukturami związanymi grawitacyjnie we Wszechświecie, mogą świadczyć o antymaterii. Emisja rentgenowska pokazuje, ile gorącego gazu jest zaangażowane w taką kolizję. Jeśli część gazu z którejkolwiek gromady zawiera cząstki antymaterii, nastąpi anihilacja, a promieniom X będą towarzyszyć promienie gamma.
Steigman wykorzystał dane uzyskane przez Chandrę, a teraz wyreżyserował Obserwatorium Promieni gamma Compton, aby zbadać Gromadę Kul, w której dwie duże gromady galaktyk zderzyły się ze sobą przy bardzo dużych prędkościach. W stosunkowo niewielkiej odległości i przy korzystnej orientacji z boku patrząc z Ziemi, Gromada Kul stanowi doskonałe miejsce testowe do wyszukiwania sygnału antymaterii.
Sprawdź tę bardzo fajną animację gromad galaktyk zderzających się ze sobą.
„To największa skala, w jakiej kiedykolwiek przeprowadzono ten test na antymaterię” - powiedział Steigman, którego artykuł opublikowano w Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. „Chcę sprawdzić, czy mogą istnieć gromady galaktyk zbudowane z dużych ilości antymaterii”.
Zaobserwowana ilość promieni rentgenowskich od Chandry i niewykrycie promieni gamma z danych Comptona pokazuje, że frakcja antymaterii w Gromadzie Kul jest mniejsza niż trzy części na milion. Co więcej, symulacje połączenia Bullet Cluster pokazują, że wyniki te wykluczają jakiekolwiek znaczące ilości antymaterii w skalach około 65 milionów lat świetlnych, co jest szacunkową pierwotną separacją dwóch zderzających się gromad.
„Zderzenie materii i antymaterii jest najbardziej wydajnym procesem generowania energii we Wszechświecie, ale może się nie zdarzyć w bardzo dużych skalach”, powiedział Steigman. „Ale jeszcze się nie poddaję, ponieważ planuję przyjrzeć się innym zderzającym się gromadom galaktyk, które zostały niedawno odkryte”.
Znalezienie antymaterii we Wszechświecie może powiedzieć naukowcom, jak długo trwał okres inflacji. „Sukces w tym eksperymencie, choć dalekim, nauczyłby nas wiele o najwcześniejszych stadiach Wszechświata”, powiedział Steigman.
Ostrzejsze ograniczenia zostały nałożone przez Steigmana na obecność antymaterii w mniejszych skalach, patrząc na gromady pojedynczych galaktyk, które nie obejmują tak dużych, niedawnych zderzeń.
Źródło: Chandra / Harvard
