Sig ordet "antimaterie", og folk tænker straks på science fiction - anti-universer, brændstof til Enterprise's varp-motorer og så videre. Antimaterie består af elementære partikler, der hver har den samme masse som deres tilsvarende stof-modstykker - protoner, neutroner og elektroner - men de modsatte ladninger og magnetiske egenskaber. Når stof og antimaterielle partikler kolliderer, ødelægger de hinanden og producerer energi i henhold til Einsteins berømte ligning, E = mc2. Men antimaterie er ikke noget, der er tilgængeligt i hvert hjørne apotek (og heller ikke plutonium, for at fortsætte med filmtemaet), og der er ikke meget af det rundt, så det ser ud til. Men ifølge teorien var det ikke altid sådan, og forskere bruger Chandra X-ray Observatory til at jage efter bevis for antimateriale, der var til stede i det meget tidlige univers. Og det er ikke et let job ...
I henhold til Big Bang-modellen var universet vældigt partikler af både stof og antimaterie kort efter Big Bang. Det meste af dette materiale blev udslettet, men fordi der var lidt mere stof end antimaterie - mindre end en del pr. Milliard - blev kun stof tilbage, i det mindste i det lokale universum.
Det antages, at spormængder af antimateriale produceres af magtfulde fænomener som relativistiske jetfly drevet af sorte huller og pulsarer, men der er endnu ikke fundet noget bevis for, at der findes resterende antimaterie fra det spædbarnsunivers.
Hvordan kunne noget oprindeligt antimateriale have overlevet? Lige efter Big Bang menes det at være en ekstraordinær periode, kaldet inflation, da universet ekspanderede eksponentielt på bare en brøkdel af et sekund.
"Hvis der findes klumper af stof og antimaterie ved siden af hinanden før inflationen, kan de nu være adskilt med mere end omfanget af det observerbare univers, så vi ville aldrig se dem mødes," sagde Gary Steigman fra Ohio State University, der dirigerede Studiet. ”Men de er måske adskilt i mindre skalaer, såsom superklynger eller klynger, hvilket er en meget mere interessant mulighed.”
I dette tilfælde kan kollisioner mellem to galakse-klynger, de største gravitationsbundne strukturer i universet, vise tegn på antimaterie. Røntgenemission viser, hvor meget varm gas der er involveret i en sådan kollision. Hvis nogle af gassen fra begge klynger har partikler af antimateriale, vil der være udslettelse, og røntgenstrålerne vil blive ledsaget af gammastråler.
Steigman brugte data opnået af Chandra og nu de-orbiterede Compton Gamma Ray Observatory til at studere Bullet Cluster, hvor to store klynger af galakser er styrtet ind i hinanden med ekstremt høje hastigheder. I en relativt tæt afstand og med en gunstig side-on-orientering set fra Jorden giver Bullet Cluster et fremragende teststed til at søge efter signalet efter antimaterie.
Tjek denne meget smarte animation af galakse-klynger, der styrter ind i hinanden.
"Dette er den største skala, som denne test for antimateriale nogensinde er blevet udført," sagde Steigman, hvis papir blev offentliggjort i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. "Jeg ser for at se, om der kan være nogen galakser, der er lavet af store mængder antimaterie."
Den observerede mængde røntgenstråler fra Chandra og ikke-detekteringen af gammastråler fra Compton-dataene viser, at antimateriefraktionen i Bullet Cluster er mindre end tre dele pr. Million. Desuden viser simuleringer af Bullet Cluster-fusionen, at disse resultater udelukker betydelige mængder antimaterie over skalaer på ca. 65 millioner lysår, et skøn over den oprindelige adskillelse af de to sammenstødende klynger.
”Kollisionen mellem stof og antimaterie er den mest effektive proces til generering af energi i universet, men det kan muligvis ikke ske på meget store skalaer,” sagde Steigman. ”Men jeg giver ikke op endnu, da jeg planlægger at se på andre sammenstødende galakse-klynger, der for nylig er blevet opdaget.”
At finde antimaterie i universet fortæller måske forskere om, hvor længe inflationsperioden varede. ”Succes i dette eksperiment, selvom et langt skud, ville lære os meget om de tidligste stadier af universet,” sagde Steigman.
Steigman har anbragt strammere begrænsninger for tilstedeværelsen af antimateriale på mindre skalaer ved at se på enkelt galakse-klynger, der ikke involverer så store, nylige sammenstød.
Kilde: Chandra / Harvard
