Mondja el az „antianyag” szót, és azonnal az emberek gondolkodnak a tudományos fantasztikáról - az univerzumok elleni küzdelemről, az üzemanyag az Enterprise láncsebességű motorjairól és így tovább. Az antianyag elemi részecskékből áll, amelyek tömege megegyezik a megfelelő anyag párjaikkal - protonokkal, neutronokkal és elektronokkal -, de az ellenkező töltések és mágneses tulajdonságok vannak. Amikor az anyag és az antianyag részecskék összeütköznek, elpusztulnak és energiát termelnek Einstein híres egyenlete szerint, E = mc2. De az antianyag nem minden, ami elérhető minden sarokban lévő gyógyszertárban (és a film témájának folytatására sem a plutónium), és úgy tűnik, hogy nem nagyon van körülötte. De az elmélet szerint ez nem mindig volt így, és a tudósok a Chandra Röntgenmegfigyelő Intézetet használják, hogy a nagyon korai világegyetemben jelenlévő antianyag bizonyítékait vadássák. És ez nem könnyű munka ...
A Nagyrobbanás modellje szerint az univerzum röviddel a Nagyrobbanás után mind az anyag, mind az antianyag részecskéiben elmosódott. Ennek az anyagnak a nagy része elpusztult, de mivel valamivel több anyag volt, mint az antianyag - egy milliárd résznél kevesebb -, csak az anyag maradt hátra, legalábbis a helyi univerzumban.
Úgy gondolják, hogy nyomokban az antianyagok olyan erőteljes jelenségek, mint például a fekete lyukakkal és pulzátorokkal működtetett relativista fúvókák, de még nem találtak bizonyítékot a csecsemő-univerzumban maradt antianyagokról.
Hogyan lehetne fennmaradni egy ősi antianyag? Közvetlenül a nagy robbanás után úgy véltek, hogy egy rendkívüli időszak, úgynevezett infláció, amikor az Univerzum másodperc töredékével exponenciálisan kibővült.
"Ha az infláció előtt az anyag- és az antianyag-csomók léteztek egymás mellett, akkor most már megfigyelhető univerzum méretarányánál többet választhatnak el egymástól, így soha nem látnánk őket találkozni" - mondta Gary Steigman, az Ohio Állami Egyetem vezetõje. a tanulmány. "De el lehet választani kisebb léptékben, például a szuperklaszterek vagy klaszterek méretén, ami sokkal érdekesebb lehetőség."
Ebben az esetben a két galaxis klaszter, az univerzum legnagyobb gravitációhoz kötött struktúrájának ütközése bizonyítékot mutathat az antimaterátról. A röntgenkibocsátás megmutatja, hogy mekkora meleg gáz vesz részt egy ilyen ütközésnél. Ha bármelyik klaszterben lévő gázok tartalmaznak antianyag részecskéket, akkor az megsemmisül, és a röntgen gamma sugarakkal jár.
Steigman a Chandra által gyűjtött adatokat, és a most kirekesztett Compton Gamma Ray Observatoryt használta a Bullet Cluster tanulmányozására, ahol két nagy galaxiscsoport összeomlott rendkívül nagy sebességgel. Viszonylag közeli távolságra és a Földről nézve kedvező oldalirányú tájolással a Bullet Cluster kiváló teszthelyet biztosít az antianyag jelének keresésére.
Nézze meg ezt a nagyon remek animációt a galaxisfürtökről, amelyek összeomlanak.
"Ez a legnagyobb lépték, amelyben ezt az antianyag-tesztet eddig elvégezték" - mondta Steigman, akinek a publikációja megjelent a Journal of Cosmology and Astroparticle Physics-ben. "Arra gondolok, lehet-e olyan galaxiscsoportok, amelyek nagy mennyiségű antianyagból készülnek."
A Chandrából származó röntgenfelvételek megfigyelt mennyisége és a gamma-sugarak nem észlelése a Compton adatai alapján azt mutatja, hogy a golyócsopor antianyag-frakciója kevesebb, mint három egymillió rész. Ezenkívül a Bullet Cluster egyesülésének szimulációi azt mutatják, hogy ezek az eredmények kizárják a körülbelül 65 millió fényév skálán esetlegesen jelentős mennyiségű antianyagot, ami a két ütköző klaszter eredeti elválasztásának becslése.
"Az anyag és az antianyag ütközése a leghatékonyabb folyamat az energia előállításához az univerzumban, de valószínűleg nem történik meg nagyon nagy léptékben" - mondta Steigman. "De még nem adok fel feladást, mivel más, az utóbbi időben felfedezett ütköző galaxis-klasztereket tervezem megvizsgálni."
Az Antimateria megtalálása az univerzumban talán megmondja a tudósoknak, hogy meddig tartott az infláció. "Ennek a kísérletnek a sikere, bár hosszú lövés, sokat tanítana nekünk az univerzum legkorábbi szakaszairól" - mondta Steigman.
Szigorúbb korlátozásokat tett Steigman az antianyag jelenlétére kisebb léptékben, olyan galaxis-klaszterek áttekintésével, amelyek nem járnak ilyen nagy, közelmúltbeli ütközésekkel.
Forrás: Chandra / Harvard
