احتمال کشف سیگنال‌های پادماده ورای راه شیری برای اولین بار

 چندین دهه است که ستاره‌شناسان در مورد جمعیت عظیمی از ذرات پادماده یا ضد ماده یا پوزیترون‌ها که با الکترون‌ها برخورد می‌کنند تا در تابش پرتوهای گاما در اطراف مرکز کهکشان ما نابود شوند، سردرگم بوده‌اند.

به گزارش ایسنا، مشکل این است که منابع اخترفیزیکی شناخته شده نمی‌توانند تعداد پوزیترون‌هایی را که کهکشان راه شیری تولید می‌کند، توضیح دهند و اکنون دو فیزیکدان شواهدی را گزارش کرده‌اند که می‌تواند این مسئله را حادتر کند.

طبق مقاله جدیدی از توماس سیگرت(Thomas Siegert) از دانشگاه جولیوس ماکسیمیلیان وورتسبورگ در آلمان و هیروکی یوندا(Hiroki Yoneda) از دانشگاه کیوتو در ژاپن، ممکن است برای اولین بار اثر پرتو گامای نابودی ماده-پادماده در خارج از کهکشان راه شیری شناسایی شده باشد.

پادماده (Antimatter) در فیزیک نوین، ماده‌ای با خاصیت دیامغناطیسی و رنگ شعله بنفش است که ذرات بنیادین و زیراتمی سازنده آن از ذراتی به نام پادذره یا جفت کوانتومی ذرات عادی تشکیل شده‌ است. پادذره‌ها در مدل استاندارد، به مفهومی مخالف ذرات زیراتمی تشکیل دهنده مواد قلمداد می‌شوند و در برابر ذرات معمولی قرار می‌گیرند.

میزان بسیار اندکی از ذرات پاد ماده به شکل روزانه در آزمایشگاه‌های شتاب‌دهنده ذرات تولید می‌شود. میزان پادماده تولید شده توسط این سامانه‌ها یا در موارد طبیعی مانند برخورد اشعه‌های کیهانی با جو زمین، یا واپاشی هسته‌ای از چند نانوگرم بیشتر نمی‌شود.

در روش‌های آزمایشگاهی از تمامی این تکنیک‌ها برای ایجاد پاداتم‌ها استفاده شده ‌است. تاکنون به دلیل هزینه بسیار بالا، پیچیدگی تکنولوژیکی فراوان و ناپایداری پادماده در مجاورت ماده، امکان ایجاد پادماده در اندازه‌های ماکروسکوپی فراهم نیامده است.

به لحاظ تئوری، یک ذره و پادذره مقابل آن (به عنوان مثال پروتون و پادپروتون) جرم یکسانی دارند، اما بار الکتریکی آنها مخالف یکدیگر است، همچنین دیگر اعداد و ویژگی‌های کوانتومی آنها با یکدیگر متفاوت است. به عنوان نمونه، یک پروتون بار مثبت دارد، درحالی که پادپروتون دارای بار منفی است.

برخورد هر ذره با پادذره متقابلش (جفت کوانتومی‌اش) به عنوان مثال میون با پادمیون به نابودی هر دو ذره منجر می‌شود و نتیجه این واکنش کوانتومی، افزایش سطح فوتون‌های پر انرژی(پرتو گاما) یا نوترینوها و در موارد معدودی ظهور جفتهای ذره-پادذره با جرم کمتر از ذرات اولیه در فیلد کوانتومی می‌شود. 

ستاره‌شناسان می‌گویند حداقل یک مکان نشان می‌دهد که برخی از پوزیترون‌ها ممکن است قبل از نابودی به بسیار فراتر از قرص کهکشان راه شیری فرار کنند.

اگر این درست باشد، می‌تواند به این معنی باشد که کهکشان راه شیری به طور قابل توجهی بیشتر از آنچه تخمین‌های قبلی نشان می‌داد، پادماده تولید می‌کند.

سیگرت می‌گوید: این اولین کشف نابودی پوزیترون در خارج از کهکشان راه شیری خواهد بود. این به خودی خود به این معنی است که محتوای پوزیترون کهکشان راه شیری بسیار بزرگتر از چیزی است که در حال حاضر درون آن مشاهده می‌شود.

پوزیترون‌ها همتای پادماده الکترون‌ها هستند. آنها جرم و چرخش یکسانی دارند، اما بار الکتریکی مخالف دارند. وقتی یک پوزیترون و یک الکترون با هم برخورد می‌کنند، یکدیگر را در پرتوهای گاما که انرژی مشخصه ۵۱۱ کیلوالکترون‌ولت دارد، نابود می‌کنند.

ستاره‌شناسان دهه‌ها است که در حال نقشه‌برداری از این انتشار در سراسر کهکشان راه شیری هستند تا نقاط داغ نابودی پوزیترون کهکشان را شناسایی کنند، اما با وجود این نقاط داغ، یک معمای گیج‌کننده پیش آمده است. به نظر می‌رسد تعداد پوزیترون‌های نابودکننده بسیار بیشتر از آن چیزی است که منابع اخترفیزیکی شناخته شده می‌توانند توضیح دهند.

حتی پس از در نظر گرفتن پوزیترون‌های تولید شده توسط ایزوتوپ‌های رادیواکتیو ساخته شده در انفجارهای ستاره‌ای، سیاه‌چاله‌ها، ستاره‌های نوترونی و سایر اجرام پرانرژی، سیگنال نابودی مشاهده شده هنوز به طور کامل قابل توضیح نیست.

تلسکوپ فضایی INTEGRAL آژانس فضایی اروپا بیش از ۲۰ سال، از سال ۲۰۰۲ تا پایان ماموریت در سال ۲۰۲۵، آسمان را در طیف پرتو گاما رصد کرد.

سیگرت و یوندا در حال تجزیه و تحلیل مجموعه کامل داده‌های INTEGRAL برای گردآوری دقیق‌ترین نقشه‌های انتشار ۵۱۱ کیلوالکترون‌ولتی کهکشان راه شیری بودند که متوجه چیز عجیبی شدند.

سیگرت توضیح می‌دهد: ما سعی کردیم بفهمیم چه چیزی می‌تواند در اینجا اشتباه باشد. به عنوان مثال، مجموعه داده‌ها را به فواصل ۳ ساله تقسیم کردیم، سپس تصاویر حاصل را با یکدیگر مقایسه کردیم، سپس تصاویر را به عنوان یک مجموعه داده تجمیعی ساختیم که شامل ۳ سال، سپس ۶، سپس ۹ و غیره بود. سیگنال‌ها همیشه وجود داشتند و سپس با گذشت زمان بیشتر، اهمیت بیشتری پیدا کردند. این چیزی نیست که از یک سامانه‌ی پس‌زمینه‌ انتظار داشته باشید.

به نظر می‌رسد قانع‌کننده‌ترین سیگنال از «کمپلکس C»، ابری عظیم از گاز هیدروژن که به سمت قرص راه شیری در حال سقوط است، می‌آید.

سیگنال آزمایشی دیگری از جریان ماژلانی، روبانی از گاز که در پشت ابرهای ماژلانی بزرگ و کوچک در حال چرخش به دور راه شیری قرار دارد، شناسایی شد.

انتظار نمی‌رود هیچ یک از این مناطق به تنهایی پوزیترون‌های زیادی تولید کنند که نشان می‌دهد ذرات ممکن است قبل از نابودی به آنجا سفر کرده باشند. نویسندگان استدلال می‌کنند که ذرات ممکن است از خود راه شیری فرار کرده باشند، اما این یک معمای جدید را مطرح می‌کند.

سیگرت توضیح داد: برای اینکه پوزیترون‌ها به طور موثر نابود شوند، باید بسیار کند باشند. ایده‌ معمول پادماده که فقط ماده را در همه جا به شدت نابود می‌کند، در فضا صادق نیست. بنابراین اگر لازم باشد پوزیترون‌ها به کندی نابود شوند، هرگز نمی‌توانند از کهکشان راه شیری فرار کنند.

وی افزود: این بدان معنا است که کسری از پوزیترون‌ها در انرژی‌های بالاتر وجود دارند که از کهکشان راه شیری فرار می‌کنند تا در گاز جریان ماژلانی کند شوند. این فرار اساساً غیرمنتظره بود.

اگر این تفسیر از داده‌ها درست باشد، ممکن است یکی از کهنه‌ترین معماهای پادماده را عمیق‌تر کرده باشد.

ستاره‌شناسان با مشاهده محل نابودی پوزیترون‌ها تخمین می‌زنند که کهکشان راه شیری چه تعداد پوزیترون تولید می‌کند. اگر برخی از پوزیترون‌ها قبل از کند شدن و نابودی از کهکشان فرار کنند، این نشان می‌دهد که تولید پوزیترون کهکشان به طور قابل توجهی بالاتر از تخمین‌های فعلی است.

سیگرت و یوندا تخمین می‌زنند که کهکشان راه شیری ممکن است ۱۰۰ تردسیلیون پوزیترون در ثانیه تولید کند که ۲ تا ۳ برابر بیشتر از تخمین‌های دیگر است.

سیگرت می‌گوید: انتشار در اینجا واقعاً یک مسئله جالب است، اما من می‌گویم که منشأ پوزیترون‌هایی که در حال نابود شدن دیده می‌شوند، حتی عجیب‌تر است. ما مشکل توضیح تعداد زیاد پوزیترون‌ها در کهکشان راه شیری را داریم. اگر معلوم شود که تعداد آنها حتی بیشتر است، منابع اخترفیزیکی متعارف برای توضیح آنها کم می‌آورد.

این کشفیات هنوز درجه‌ معقولی از عدم قطعیت را به همراه دارند. قوی‌ترین سیگنال به ۴ سیگما رسید، به این معنی که تقریباً یک در ۱۵ هزار احتمال وجود دارد که از یک نوسان آماری پدید آمده باشد. فیزیک برای ادعای یک کشف به قطعیت ۵ سیگما نیاز دارد.

سیگرت مطمئن است که یک سیگنال نابودی واقعی وجود دارد، اما می‌گوید مشاهدات آینده برای تعیین اینکه آیا قدرت سیگنال به درستی اندازه‌گیری شده است یا خیر، مورد نیاز خواهد بود.

مشاهدات آینده با استفاده از طیف‌سنج و تصویرساز کامپتون ناسا(COSI) که قرار است در سال ۲۰۲۷ پرتاب شود، باید بتواند مشخص کند که آیا این سیگنال‌های نابودی ضعیف که سیگرت و یوندا آن را «نشانه‌های وسوسه‌انگیز» می‌نامند، واقعی هستند و به ردیابی محل تولد پوزیترون‌های کهکشان راه شیری کمک می‌کنند یا خیر.

در صورت تأیید، یافته‌ها یکی از قدیمی‌ترین اسرار پادماده‌ نجوم را عمیق‌تر می‌کنند و توضیحات اخترفیزیکی مرسوم را به محدودیت‌های خود نزدیک‌تر می‌کنند.

سیگرت در پایان گفت: در برهه‌ای، برای رسیدن به این تعداد پوزیترون باید مدل‌های غیرمتعارفی از ماده تاریک، مانند ذرات سبک ماده تاریک را معرفی کنیم.

این پژوهش در مجله Astronomy & Astrophysics منتشر شده است.

اندیشکده آمریکایی: آمریکا بیش از یک سوم از ذخائر تسلیحاتی خود را در جنگ با ایران دود کرد!

بیشتر بخوانید:

جیمز وب دورترین کهکشان مشابه راه شیری را کشف کرد

حرکت غیرمعمول هفت ستاره در کهکشان راه شیری/ خطرناک است؟

تماشاخانه

کشف یک محوطه باستانی در خطر در نزدیکی شهر بهشهر ، احتمالا متعلق به بیش از یک میلیون سال قبل

۷+۱ تنگه دریایی استراتژیک جهان ؛ هرکدام بسته شوند چه اتفاقی می‌افتد

فیلم های دیگر