Sano sana “antimateria” ja ihmiset ajattelevat heti tieteiskirjallisuutta - universumien vastaista ainetta, polttoainetta yrityksen loimenopeusmoottoreille ja niin edelleen. Antimateria koostuu alkuainehiukkasista, joilla jokaisella on sama massa kuin vastaavilla aineen vastineilla - protoneilla, neutroneilla ja elektronilla -, mutta vastakkaisilla varauksilla ja magneettisilla ominaisuuksilla. Kun aineen ja antimateriaalin hiukkaset törmäävät, ne tuhoavat toisiaan ja tuottavat energiaa Einsteinin kuuluisan yhtälön, E = mc2, mukaisesti. Mutta antimateria ei ole jotain, jota on saatavana jokaisesta nurkka-apteekista (eikä kumpikaan ole plutonium, jatkaaksesi elokuvateeman kanssa), eikä sitä ole kovinkaan paljon sen ympärillä, joten näyttää. Mutta teorian mukaan se ei ollut aina näin, ja tutkijat käyttävät Chandran röntgenvalvontayksikköä metsästääkseen todisteita antimateriasta, joka oli läsnä hyvin varhaisessa maailmankaikkeudessa. Eikä se ole helppoa työtä ...
Big Bang -mallin mukaan maailmankaikkeus oli pesty sekä aineen että antimateriaalin hiukkasissa pian ison iskun jälkeen. Suurin osa tästä materiaalista tuhoutui, mutta koska aineita oli hiukan enemmän kuin antimateriaa - vähemmän kuin yksi osa miljardia kohti -, vain aine oli jäljessä, ainakin paikallisessa maailmankaikkeudessa.
Pienemmän määrän antimateriaa uskotaan tuottavan voimakkaiden ilmiöiden, kuten relativististen suihkukoneiden avulla, jotka toimivat mustien reikien ja pulsaarien avulla, mutta todisteita vastasyntyneen maailmankaikkeuden jäljelle jääneistä antimaterioista ei ole vielä löytynyt.
Kuinka joku ensisijainen antimateria olisi voinut säilyä? Heti suuren räjähdyksen jälkeen uskottiin olevan poikkeuksellinen ajanjakso, jota kutsutaan inflaatioksi, kun maailmankaikkeus laajeni eksponentiaalisesti vain murto-sekunnissa.
"Jos aine- ja antimateriaalin kohoumia esiintyi vierekkäin ennen inflaatiota, ne voivat nyt olla erotettavissa enemmän kuin havaittavissa olevan maailmankaikkeuden mittakaava, joten emme koskaan näe heidän tapaavan", sanoi Gary Steigman Ohion osavaltion yliopistosta, joka suoritti tutkimus. "Mutta ne voidaan erottaa pienemmissä mittakaavoissa, kuten superklustereiden tai klusterien mitat, mikä on paljon mielenkiintoisempi mahdollisuus."
Siinä tapauksessa kahden galaksiklusterin, joka on maailmankaikkeuden suurin gravitaatioon sitoutunut rakenne, väliset törmäykset saattavat osoittaa antimateriaa. Röntgen säteily osoittaa, kuinka paljon kuumaa kaasua on mukana sellaisessa törmäyksessä. Jos jossain kummankin klusterin kaasusta on antimateriaalin hiukkasia, silloin tuhoaminen tapahtuu ja röntgensäteisiin liittyy gammasäteitä.
Steigman käytti Chandran hankkimia tietoja, jotka on nyt siirrytty ympäri Combit Gamma Ray Observatorya, tutkimaan Luodin klusteria, jossa kaksi suurta galaksiklusteria on kaatunut toisiinsa erittäin suurilla nopeuksilla. Luottoluokka tarjoaa suhteellisen läheisen etäisyyden ja suotuisan sivusuunnan suuntaan katsottuna maapallolta katsottuna antimaterian signaalin etsimiseksi.
Katso tämä erittäin muodikas animaatio galaksi-klustereista, jotka törmäävät toisiinsa.
"Tämä on suurin mittakaava, jolla tämä antimateria-testi on koskaan tehty", sanoi Steigman, jonka paperi julkaistiin Journal of Cosmology and Astroparticle Physics -lehdessä. "Etsin, voisiko olla galakseja, jotka koostuvat suurista määristä antimateriaa."
Chandran röntgensäteiden havaittu määrä ja gammasäteiden havaitsematta jättäminen Compton-tiedoista osoittavat, että luodikasterin antimateriaalifraktio on vähemmän kuin kolme osaa miljoonaan. Lisäksi Bullet Cluster -fuusion simulaatiot osoittavat, että nämä tulokset sulkevat pois mahdolliset merkittävät määrät antimateriaa noin 65 miljoonan valovuoden mittakaavoissa, arvio kahden törmäävän klusterin alkuperäisestä erottelusta.
"Aineen ja antimaterian törmäys on tehokkain prosessi energian tuottamiseksi maailmankaikkeudessa, mutta sitä ei välttämättä tapahdu kovin suurissa mittakaavoissa", Steigman sanoi. "Mutta en luopu vielä, koska aion tarkastella muita törmääviä galaksi-klustereita, jotka on äskettäin löydetty."
Antimaterian löytäminen universumista saattaa kertoa tutkijoille kuinka kauan inflaatiojakso kesti. "Menestys tässä kokeilussa, vaikka kaukaa, opettaisi meille paljon maailmankaikkeuden varhaisimmista vaiheista", Steigman sanoi.
Steigman on asettanut tiukempia rajoituksia antimaterian esiintymiselle pienemmissä mittakaavissa tarkastelemalla yksittäisiä galaksi-klustereita, joihin ei liity niin suuria, viimeaikaisia törmäyksiä.
Lähde: Chandra / Harvard
