Αναζητώντας την πρωταρχική αντιύλη

Πηγή: PhysOrg, 2 Νοεμβρίου 2008

Επιστήμονες προσπαθούν να ανακαλύψουν αποδεικτικά στοιχεία που απέμειναν από την εξαΰλωση όταν ήρθε σε επαφή η ύλη με την αντιύλη, και που συνέβη στις απαρχές του σύμπαντος. Τα νέα αποτελέσματα που έχουν προκύψει από τα δεδομένα των Παρατηρητηρίων Chandra των ακτίνων-Χ και Compton των ακτίνων γάμμα της NASA, υποδεικνύουν ότι η αναζήτηση μπορεί να είναι ακόμη πολύ δύσκολη.

Η αντιύλη αποτελείται από στοιχειώδη σωματίδια που έχουν την ίδια μάζα με τα αντίστοιχα σωματίδια αλλά με αντίθετα φορτία και μαγνητικές ιδιότητες. Κι όταν συναντηθούν ύλη και αντιύλη εξαϋλώνονται αφήνοντας πίσω τους ακτίνες-γ με ενέργεια ίση με την περίφημη εξίσωση του Αϊνστάιν, E = mc².

Το σμήνος γαλαξιών Bullet

Η εικόνα δείχνει το σμήνος Bullet. Η εξαΰλωση αντιύλης από την ύλη δεν έχει παρατηρηθεί ακόμα στο σμήνος Bullet

Το σμήνος των γαλαξιών Bullet, βρίσκεται 3.8 δισ. έτη φωτός περίπου από τη Γη, και η εικόνα αυτή είναι συνδυασμός μιας εικόνας σε ακτίνες Χ από το Chandra, μιας οπτικής εικόνας από το Hubble, και εικόνων από το Τηλεσκόπιο Μαγγελάνος στη Χιλή. Αυτό το σμήνος, η επίσημη ονομασία του είναι 1E 0657-56, σχηματίστηκε από τη βίαιη σύγκρουση δύο μεγάλων σμηνών γαλαξιών. Έχει γίνει πολύ δημοφιλές αντικείμενο στην αστροφυσική έρευνα, συμπεριλαμβανομένης και  της μελέτης των ιδιοτήτων της σκοτεινής ύλης και της δυναμικής του καυτού αερίου εκατομμυρίων βαθμών. Τελευταία γίνεται έρευνα για την παρουσία αρχέγονης αντιύλης στο Σμήνος Bullet. 

Η οπτική εικόνα του σμήνους δείχνει τους γαλαξίες στο σμήνος Bullet και η εικόνα στις ακτίνες Χ (κόκκινο) μας αποκαλύπτει πόσο καυτό αέριο έχει συγκρουστεί. Αν υπάρχει αντιύλη στο αέριο του σμήνους, τότε θα υπάρχει εξαΰλωση και οι ακτίνες Χ θα συνοδεύονται από ακτίνες γάμμα.

Οι εικόνες σε ακτίνες Χ από το Chandra και οι μη ανιχνευθείσες ακτίνες γάμμα από το Compton δείχνουν πως το κλάσμα της αντιύλης στο σμήνος Bullet είναι μικρότερο από 3 μέρη στο εκατομμύριο. Και προσομοιώσεις στο Σμήνος Bullet δείχνουν πως αυτά τα αποτελέσματα αποκλείουν οποιαδήποτε σημαντικά ποσά αντιύλης σε κλίμακες των 65 εκατομμυρίων ετών φωτός, μια εκτίμηση του χρόνου που έγινε ο διαχωρισμός των δύο συγκρουόμενων σμηνών.

Η αντιύλη

Σύμφωνα με το καθιερωμένο μοντέλο του Big Bang, το Σύμπαν ήταν πλημμυρισμένο τόσο από σωματίδια της ύλης όσο και αντιύλης λίγο μετά το Big Bang. Το μεγαλύτερο μέρος αυτού του υλικού εξαϋλώθηκε, αλλά επειδή υπήρχε λίγο περισσότερη ύλη από αντιύλη - κάτι λιγότερο από ένα μέρος ανά δισεκατομμύριο - έμεινε μόνο η ύλη, τουλάχιστον στο τοπικό μας Σύμπαν.

Ίχνη αντιύλης πιστεύεται ότι παράγονται από ισχυρά φαινόμενα, όπως σχετικιστικοί πίδακες που εκτοξεύονται από μαύρες τρύπες και πάλσαρς, αλλά δεν υπάρχουν ακόμα στοιχεία για την αντιύλη που απέμεινε από το βρεφικό Σύμπαν.

Πώς άραγε θα μπορούσε να έχει επιβιώσει οποιαδήποτε αρχέγονη αντιύλη; Μετά το Big Bang πιστεύεται ότι υπήρχε μια εξαιρετική περίοδος, ο πληθωρισμός, όταν το Σύμπαν διαστάλθηκε εκθετικά σε ένα μόλις κλάσμα του δευτερολέπτου.

"Αν μεγάλες ποσότητες ύλης και αντιύλης υπήρχαν δίπλα δίπλα, πριν από τον πληθωρισμό, μπορούν πλέον να απέχουν πάνω από το μέγεθος του παρατηρήσιμου Σύμπαντος, γι 'αυτό και ποτέ δεν θα δούμε την αντιύλη", λέει ο Gary Steigman στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Ohio που διηύθυνε τη μελέτη. "Όμως, αυτές οι ποσότητες θα μπορούσαν να χωριστούν σε μικρότερες κλίμακες, όπως αυτές των υπερσμηνών ή απλών σμηνών, που είναι μια πολύ πιο ενδιαφέρουσα δυνατότητα."

Στην περίπτωση αυτή, οι συγκρούσεις μεταξύ δύο σμηνών γαλαξιών, οι μεγαλύτερες δομές στο Σύμπαν, θα μπορούσαν να δείξουν στοιχεία για την αντιύλη. Οι εκπομπές ακτίνων-Χ δείχνουν την ποσότητα του καυτού αερίου εμπλέκεται σε τέτοιου είδους σύγκρουση. Αν λοιπόν κάποιο από αυτό το αέριο που προέρχεται από κάποιο σμήνος έχει σωματίδια αντιύλης, τότε θα υπάρχει εξαύλωση οπότε οι ακτίνες Χ θα συνοδεύονται από ακτίνες γάμμα.

Ο Steigman μελέτησε το Σμήνος Bullet γιατί βρίσκονται σε σχετικά μικρή απόσταση και έχουν ένα ευνοϊκό προσανατολισμό, όπως εμφανίζονται από τη Γη, οπότε προσφέρει ένα εξαιρετικό χώρο δοκιμών για την αναζήτηση κάποιου σήματος για την αντιύλη.

Δυστυχώς μέχρι τώρα δεν υπήρξε καμιά καθαρή απόδειξη παρουσίας αντιύλης. Όμως οι ερευνητές σχεδιάζουν να εξετάσουν με άλλα όργανα το σμήνος αυτό.

Τέλος, η ανακάλυψη της αντιύλης στο Σύμπαν μπορεί να μας πει και πόσο καιρό κράτησε η περίοδος του πληθωρισμού. Γι αυτό και η επιτυχία σε αυτό το πείραμα, αν και πόρρω απέχει, θα μας διδάξει πολλά για τα πρώτα στάδια του Σύμπαντος, λέει ο Steigman.