Säg ordet "antimateria" och omedelbart tänker folk på science fiction - anti-universum, bränsle för företagets varp-motorer och så vidare. Antimatera består av elementära partiklar, som var och en har samma massa som motsvarande material motsvarigheter - protoner, neutroner och elektroner - men motsatta laddningar och magnetiska egenskaper. När ämnen och antimateriella partiklar kolliderar förintas de varandra och producerar energi enligt Einsteins berömda ekvation, E = mc2. Men antimateria är inte något som finns i varje hörnapotek (och inte heller är plutonium, för att fortsätta med filmtema) och det finns inte så mycket av det, så det verkar. Men enligt teorin var det inte alltid så, och forskare använder Chandra röntgenobservatorium för att jaga efter bevis på antimateria som fanns i det mycket tidiga universum. Och det är inte ett enkelt jobb ...
Enligt Big Bang-modellen var universum fyllda av partiklar av både materia och antimateria strax efter Big Bang. Det mesta av detta material förstördes, men eftersom det fanns något mer materia än antimateria - mindre än en del per miljard - var bara materien kvar, åtminstone i det lokala universum.
Spårmängder antimateria tros produceras av kraftfulla fenomen som relativistiska strålar som drivs av svarta hål och pulsarer, men inga bevis har hittats för att antimateria som finns kvar från spädbarnsuniverset.
Hur kunde någon urvårdande antimateria ha överlevt? Strax efter Big Bang tros det finnas en extraordinär period, kallad inflation, när universum expanderade exponentiellt på bara en bråkdel av en sekund.
"Om klumpar av materia och antimateria fanns bredvid varandra innan inflationen, kan de nu separeras med mer än omfattningen av det observerbara universum, så vi skulle aldrig se dem träffas," sade Gary Steigman från Ohio State University, som ledde studien. "Men de kan vara separerade på mindre skalor, till exempel superkluster eller kluster, vilket är en mycket mer intressant möjlighet."
I så fall kan kollisioner mellan två galaxkluster, de största gravitationsbundna strukturerna i universum, visa bevis för antimateria. Röntgenutsläpp visar hur mycket varm gas som är involverad i en sådan kollision. Om en del av gasen från endera klustret har partiklar av antimateria, kommer det att förintas och röntgenstrålarna kommer att åtföljas av gammastrålar.
Steigman använde data som erhållits av Chandra och nu de-orbiterade Compton Gamma Ray Observatory för att studera Bullet Cluster, där två stora kluster av galaxer har kraschat in i varandra med extremt hög hastighet. På ett relativt nära avstånd och med en gynnsam sid-på-orientering sett från jorden ger Bullet Cluster en utmärkt testplats för att söka efter signalen för antimateria.
Kolla in den här snygga animationen av galaxkluster som kraschar in i varandra.
"Detta är den största skalan som detta test för antimateria någonsin har gjorts," sade Steigman, vars papper publicerades i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. "Jag letar efter om det kan finnas några galaxer som är gjorda av stora mängder antimateria."
Den observerade mängden röntgenstrålar från Chandra och detekteringen av gammastrålar från Compton-data visar att antimateriafraktionen i Bullet Cluster är mindre än tre delar per miljon. Dessutom visar simuleringar av Bullet Cluster-sammanslagningen att dessa resultat utesluter alla betydande mängder antimatter över skalor på cirka 65 miljoner ljusår, en uppskattning av den ursprungliga separationen av de två kolliderande klustren.
"Kollisionen mellan materie och antimateria är den mest effektiva processen för att generera energi i universum, men det kanske bara inte händer på mycket stora skalor," sade Steigman. "Men jag ger inte upp när jag planerar att titta på andra kolliderande galaxkluster som nyligen har upptäckts."
Att hitta antimateria i universum kan berätta för forskare om hur länge inflationstiden varade. "Framgång i detta experiment, även om det är ett långt skott, skulle lära oss mycket om de tidigaste stadierna i universum," sade Steigman.
Strängare begränsningar har placerats av Steigman på närvaron av antimateria på mindre skalor genom att titta på enstaka galaxkluster som inte involverar så stora, nyligen kollisioner.
Källa: Chandra / Harvard
