Скажите слово «антивещество», и люди сразу подумают о научной фантастике - анти-вселенных, топливе для двигателей «Энтерпрайз» и т. Д. Антивещество состоит из элементарных частиц, каждая из которых имеет ту же массу, что и соответствующие им аналоги вещества - протоны, нейтроны и электроны, - но противоположные заряды и магнитные свойства. Когда частицы вещества и антивещества сталкиваются, они уничтожают друг друга и производят энергию в соответствии со знаменитым уравнением Эйнштейна, E = mc2. Но антиматерия - это не то, что доступно в каждой аптеке (и плутонию, чтобы продолжить тему кино), и, кажется, ее не так много. Но, согласно теории, так было не всегда, и ученые используют рентгеновскую обсерваторию Чандра, чтобы найти доказательства наличия антивещества в ранней Вселенной. И это не легкая работа ...
Согласно модели Большого взрыва, Вселенная была наводнена частицами вещества и антивещества вскоре после Большого взрыва. Большая часть этого материала уничтожена, но поскольку вещества было немного больше, чем антивещества - менее одной части на миллиард - осталась только материя, по крайней мере, в локальной вселенной.
Предполагается, что следовые количества антивещества образуются в результате мощных явлений, таких как релятивистские струи, приводимые в действие черными дырами и пульсарами, но пока не найдено никаких доказательств того, что антивещество осталось от детской вселенной.
Как мог выжить изначальный антивещество? Считалось, что сразу после Большого взрыва наступил необычный период, называемый инфляцией, когда Вселенная экспоненциально расширилась всего за доли секунды.
«Если до инфляции скопления вещества и антивещества существовали рядом друг с другом, то теперь они могут быть разделены не только масштабом наблюдаемой Вселенной, поэтому мы никогда не увидим их встречи», - сказал Гэри Стейгман из Государственного университета Огайо, проводивший исследование. изучение. «Но они могут быть разделены в меньших масштабах, таких как сверхскопления или кластеры, что является гораздо более интересной возможностью».
В этом случае столкновения между двумя скоплениями галактик, крупнейшими гравитационно-связанными структурами во Вселенной, могут свидетельствовать об антивеществе. Рентгеновское излучение показывает, сколько горячего газа вовлечено в такое столкновение. Если часть газа из любого кластера содержит частицы антивещества, тогда будет аннигиляция, и рентгеновские лучи будут сопровождаться гамма-лучами.
Штейгман использовал данные, полученные Чандрой и теперь находящейся на орбите обсерватории Комптона, для изучения скопления пуль, где два больших скопления галактик врезались друг в друга с чрезвычайно высокими скоростями. На относительно близком расстоянии и с благоприятной боковой ориентацией, если смотреть с Земли, Пулевой кластер обеспечивает отличную площадку для поиска сигнала для антивещества.
Проверьте эту очень изящную мультипликацию скоплений галактики, врезающихся друг в друга.
«Это самая большая шкала, в которой этот тест на антивещество когда-либо проводился», - сказал Стейгман, чья статья была опубликована в журнале «Космология и физика астрочастиц». «Я смотрю, могут ли быть какие-либо скопления галактик, которые состоят из большого количества антивещества».
Наблюдаемое количество рентгеновских лучей от Чандры и отсутствие обнаружения гамма-лучей по данным Комптона показывают, что доля антивещества в кластере пуль составляет менее трех частей на миллион. Кроме того, моделирование слияния Bullet Cluster показывает, что эти результаты исключают любое значительное количество антивещества в масштабах около 65 миллионов световых лет, что является оценкой исходного разделения двух сталкивающихся кластеров.
«Столкновение вещества и антивещества - наиболее эффективный процесс генерации энергии во Вселенной, но оно может не произойти в очень больших масштабах», - сказал Стейгман. «Но я пока не сдаюсь, потому что планирую посмотреть на другие сталкивающиеся скопления галактик, которые были недавно обнаружены».
Нахождение антиматерии во Вселенной может рассказать ученым о том, как долго длился период инфляции. «Успех в этом эксперименте, хотя и далек, позволил бы многому научить нас на самых ранних этапах развития Вселенной», - сказал Стейгман.
Стейгман наложил более жесткие ограничения на присутствие антивещества в меньших масштабах, рассматривая одиночные скопления галактик, которые не включают такие большие недавние столкновения.
Источник: Чандра / Гарвард
