Was ist die mysteriöse Quelle von Antimaterie im Weltraum?

Es könnte Cluster von Antimateriesternen in unserer Galaxie geben, die eine große Menge der hochenergetischen Antimaterie produzieren, die wir im Weltraum entdeckt haben.

Lassen Sie uns kurz über Antimaterie sprechen, da es für die meisten Menschen ein mysteriöses Thema bleibt. Antimaterie ist wie das Alter Ego der Materie. Es ist genau dasselbe wie sein materielles Gegenstück, außer dass es das entgegengesetzte Ladungsvorzeichen hat. Und wie jedes dramatische Alter Ego führt die Kombination aus Materie und Antimaterie zur Vernichtung von beiden, wodurch eine enorme Menge an Energie freigesetzt wird.

Unser Universum ist jedoch von Materie dominiert. Alles um uns herum besteht aus Materieteilchen. Der einzige Ort, an dem Antimaterie erzeugt und untersucht wird, ist inmitten hochenergetischer, teurer Collider-Experimente. Diese Experimente erzeugen wenige und flüchtige Antimaterieteilchen, indem sie zwei Teilchen ineinander bombardieren, aber selbst diese hochenergetischen Experimente können nur eine kleine Menge hochinstabiler Antimaterie erzeugen.

Die bloße Tatsache, dass Materie im Universum dominiert, reicht aus, um die Existenz ihres Alter Egos … schwierig zu machen.

Wenn dies jedoch der Fall ist, woher kommt dann solch hochenergetische Antimaterie?

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Überraschende Entdeckung

Die nachgewiesene Anzahl von Positronen (Antiteilchen von Elektronen) und Antihelium hat Wissenschaftler in den letzten Jahren verunsichert. Diese Antimaterie-Partikel wurden vom Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) nachgewiesen, das an der Internationalen Raumstation (ISS) angebracht ist. Es wurde 2011 mit dem Ziel gestartet, Teilchen zu erkennen und ihre Masse und ihren Spin zu messen. Das Gehirn hinter diesem Detektor, Sam Ting, wartete ebenfalls gespannt auf den Tag, an dem es eine beträchtliche Menge Antimaterie entdeckte. Als das passierte, machte es alle sprachlos.

Die erste Überraschung war, als das AMS ungewöhnlich viele Positronen entdeckte. Noch überraschender war, dass diese Positronen hochenergetisch waren. Positronen haben Gründe, im Weltraum zu sein, aber eine so große Anzahl mit so hoher Energie hat keine offensichtliche Erklärung. Ihr hohes Energieniveau bedeutete, dass sie von einer hochenergetischen Quelle produziert wurden. Das ist der überraschende Teil der Geschichte … denn soweit wir wissen, gibt es keine hochenergetische Antimateriequelle. Eine noch verwirrendere Überraschung war, als das AMS Antiheliumkerne entdeckte. Sehen Sie, die Produktion von Antihelium benötigt zu viel Energie und die nachfolgenden Teilchen sind extrem instabil. So bedeutete sogar die Handvoll, die entdeckt wurde, dass irgendetwas sie irgendwo in großem Maßstab produzierte.

Die Frage ist, was sind diese Quellen von Antimaterie?

Um dies zu beantworten, haben Wissenschaftler viele Theorien entwickelt, die von Dunkle Materie zu urzeitlichen Schwarzen Löchern. Natürlich wurden nicht alle davon als brauchbare Erklärungen angesehen. Werfen wir einen Blick auf einige der interessantesten Ideen, die es nicht geschafft haben.

Dunkle Materie und Schwarze Löcher

Einige Theoretiker vermuten, dass der Zerfall und die Vernichtung dunkler Materie zur Bildung von Antiteilchen führt.

Diese Theorie ist jedoch nicht überzeugend, da nicht viel über dunkle Materie bekannt ist, geschweige denn über ihre Zerfallsart. Die Theorie über das Ursprüngliche Schwarze Löcher (die OGs von Schwarzen Löchern) ist überzeugender.

Wie Stephen Hawking erklärte, gibt es Teilchen-Antiteilchen-Strahlung jenseits des Ereignishorizonts von a schwarzes Loch. Somit könnten primordiale Schwarze Löcher als Quellen von Positronen und Antiprotonen wahrgenommen werden, aber diese Theorie ist unzureichend, um die Quelle von hochenergetischem Antihelium zu erklären.

Es gibt eine andere Theorie, die seit 2021 die Runde macht und ziemlich gut angenommen wird. Das ist die Theorie der Kugelsternhaufen, die aus Antimateriesternen bestehen!

Antimaterie-Sterne

Es gibt einen einfachen Grund, warum Antimateriesterne die besten Kandidaten für Antiheliumquellen sind, nämlich, dass dies die einzigen großen „Labore“ sind, in denen Antihelium in großen Mengen gekocht werden könnte.

Was sind also Antimateriesterne? So wie Antimaterie das Alter Ego der Materie ist, sind Antimateriesterne das Alter Ego unserer aus Materie bestehenden Sterne. Sie bestehen einfach aus Antimaterie anstelle von normaler Materie und emittieren daher Antimaterie anstelle von Materie.

Die sie umgebenden Planeten bestehen ebenfalls aus Antimaterie, und wenn es Leben auf einem dieser Planeten gibt, würden die Kreaturen aus Antimaterie bestehen und Antimaterie verbrauchen. Denken Sie daran, es wäre ihr Version der Materie, während wir für sie „Antimaterie“ wären.

Kugelhaufen von Antimateriesternen

Die Theorie legt nahe, dass diese Antimateriesterne in Strukturen existieren, die nicht kleiner als die Größe von Kugelsternhaufen sind. Und was sind Kugelsternhaufen? Sie sind Ansammlungen älterer Sterne, die sich in kugelförmigen Haufen versammeln. Außerdem sind sie extrem dicht mit Sternen besiedelt und befinden sich im galaktischen Halo. Sie zeigen keine aktive Sternentstehung und sind im Allgemeinen frei von Gas und Staub. Aber wie hängen Kugelsternhaufen mit Antimateriesternen zusammen?

Die Theorie legt nahe, dass die Quelle der Antimaterie der Rest der primordialen Antimaterie ist, dh Antimaterie des frühen Universums. Keine Theorie konnte erfolgreich erklären, was während der Geburtszeit des Universums geschah, das zu einer Materie-Antimaterie-Asymmetrie führte. Es wurde jedoch gezeigt, dass im Prozess der Materiebildung große Domänen von Antimaterie bestehen blieben. Diese Domänen müssen jenseits der Antimaterie-Vernichtung geblieben sein, wobei ihre Größe durch Gammastrahlung in Schach gehalten wurde. Gammastrahlen sind die energiereichsten Wellen und können als Barrieren wirken und verschiedene Bereiche abschirmen. Diese Domänen könnten sich zu Kugelsternhaufen entwickelt haben. Diese Haufen könnten sich während der Galaxienentstehung gebildet haben und im Halo der Galaxie verblieben sein. Bleibt die Frage, wie die Antimaterie dieser fernen Halos in unseren Detektor gelangt ist? Denken Sie daran, dass sich unser Sonnensystem in der galaktischen Scheibe befindet, weit weg vom galaktischen Halo.

Wie sind Antiteilchen hier gelandet?

Es gibt einige Möglichkeiten, wie dies passiert sein könnte. Einer ist durch den Massenabfluss von den Sternen und Sonneneruptionen. Während ihres gesamten Lebens verlieren Sterne durch diese Mechanismen ständig Teile ihrer Masse. Antimateriesterne sind nicht anders und könnten etwas Masse verloren haben, die sich aus den Haufen ausgebreitet hat. Dann könnte es beim Überqueren der galaktischen Scheibe in das Sonnensystem eingedrungen sein.

Das mag gut klingen, aber es gibt Probleme mit diesen Mechanismen. Einer ist, dass die meisten Teilchenenergien niedrig wären und das Magnetfeld der Galaxie sie nicht hereinlassen würde. Mit anderen Worten, die hochenergetische Antimaterie, die vom AMS entdeckt wurde, war wahrscheinlich nicht auf diese Mechanismen zurückzuführen.

Eine weitere spannende Erklärung kommt in Form von Supernovae. Dies sind explodierende Sterne, die das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben. In diesem Fall wären die Explosionen Antimateriesterne. Antihelium, das tief in den Sternen vorhanden ist, wird in das interstellare Medium gespült, wenn der Stern explodiert. Die Energie der Explosion ist so hoch, dass die Antimaterie ausreichen würde, um die magnetische Barriere der galaktischen Scheibe zu überwinden und das Sonnensystem zu erreichen.

Fazit

Woher wissen wir also, ob diese Theorie möglich ist? Zur Bestätigung führten Wissenschaftler Simulationen durch und kamen zu dem Schluss, dass es in unserer Milchstraße wirklich Kugelhaufen von Antimateriesternen geben könnte. Es ist verrückt zu glauben, dass solche Dinge existieren, aber jetzt, da wir die Emissionen dieser Antimateriesterne entdeckt haben, sind die Forscher bestrebt, die Sterne selbst zu entdecken. Wenn man bedenkt, wie diese Theorie immer mehr Aufmerksamkeit erregt, wird es schon bald Teleskope geben, die nach ihnen Ausschau halten!

Vorgeschlagene Literatur