Si ordet “antimatter”, og folk tenker øyeblikkelig på science fiction - anti-universer, drivstoff for Enterprise's varp-speed-motorer og så videre. Antimaterie består av elementære partikler, som hver har den samme massen som deres korresponderende substans motstykker - protoner, nøytroner og elektroner - men de motsatte ladninger og magnetiske egenskaper. Når materie og antimaterielle partikler kolliderer, ødelegger de hverandre og produserer energi i henhold til Einsteins berømte ligning, E = mc2. Men antimaterie er ikke noe som er tilgjengelig i hvert hjørne apotek (og heller ikke plutonium, for å fortsette med filmtemaet), og det er ikke så mye av det rundt, slik det virker. Men ifølge teorien var det ikke alltid slik, og forskere bruker Chandra røntgenobservatorium for å jakte på bevis på antimateriell som var til stede i det tidlige universet. Og det er ikke en lett jobb ...
I følge Big Bang-modellen var universet våkent i partikler av både materie og antimaterie kort tid etter Big Bang. Det meste av dette materialet ble tilintetgjort, men fordi det var litt mer materie enn antimaterie - mindre enn en del per milliard - var bare materie igjen, i det minste i det lokale universet.
Sporbare mengder antimateriell antas å være produsert av kraftige fenomener som relativistiske jetfly drevet av sorte hull og pulsarer, men det er ennå ikke funnet noe bevis for at antimateria gjenstår fra spedbarnsuniverset.
Hvordan kunne noe primitivt antimateriale ha overlevd? Like etter Big Bang ble det antatt å være en ekstraordinær periode, kalt inflasjon, da universet ekspanderte eksponentielt på bare et brøkdel av et sekund.
"Hvis det fantes klumper av materie og antimaterie ved siden av hverandre før inflasjonen, kan de nå skilles med mer enn omfanget av det observerbare universet, så vi ville aldri se dem møtes," sa Gary Steigman fra Ohio State University, som dirigerte studien. "Men de kan være atskilt på mindre skalaer, for eksempel superklynger eller klynger, noe som er en mye mer interessant mulighet."
I så fall kan kollisjoner mellom to galakse-klynger, de største gravitasjonsbundne strukturer i universet, vise bevis for antimateriell. Røntgenutslipp viser hvor mye varm gass som er involvert i en slik kollisjon. Hvis noe av gassen fra begge klynger har partikler av antimateriale, vil det være utslettelse og røntgenstrålene vil bli ledsaget av gammastråler.
Steigman brukte data innhentet av Chandra og nå de-orbited Compton Gamma Ray Observatory for å studere Bullet Cluster, der to store klynger av galakser har krasjet inn i hverandre med ekstremt høye hastigheter. På relativt nær avstand og med en gunstig side-på-orientering sett fra Jorden, gir Bullet Cluster et utmerket teststed for å søke etter signalet for antimaterie.
Sjekk ut denne veldig kjempefine animasjonen av galakse-klynger som krasjer inn i hverandre.
"Dette er den største skalaen som denne testen for antimaterie noensinne har blitt gjort," sa Steigman, hvis artikkel ble publisert i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. "Jeg ser for å se om det kan være noen klynger av galakser som er laget av store mengder antimaterie."
Den observerte mengden røntgenstråler fra Chandra og ikke-påvisning av gammastråler fra Compton-dataene viser at antimaterifraksjonen i Bullet Cluster er mindre enn tre deler per million. Dessuten viser simuleringer av Bullet Cluster-sammenslåingen at disse resultatene utelukker betydelige mengder antimaterie over skalaer på omtrent 65 millioner lysår, et estimat for den opprinnelige separasjonen av de to kolliderende klyngene.
"Påkjørsel av materie og antimaterie er den mest effektive prosessen for å generere energi i universet, men det kan ikke hende at det skjer på veldig store skalaer," sa Steigman. "Men jeg gir ikke opp enda jeg planlegger å se på andre kolliderende galakse-klynger som nylig er oppdaget."
Å finne antimaterie i universet kan fortelle forskere om hvor lenge inflasjonsperioden varte. "Suksess med dette eksperimentet, selv om det var et langt skudd, ville lære oss mye om de tidligste stadiene av universet," sa Steigman.
Steigman har satt strammere begrensninger for å være antimateriell i mindre skalaer ved å se på enkelt galakse-klynger som ikke involverer så store, nylige kollisjoner.
Kilde: Chandra / Harvard
