Znanost

14 potencijalnih antimaterijskih zvijezda u našoj galaksiji

Davor Horvatić nedjelja, 9. svibnja 2021. u 06:30

Egzotičnih signala astrofizičkog porijekla ima prilično velik broj. No, poneki su izrazito intrigantni, poput potencijalne detekcije jezgre anti-helija. Iako rezultat još uvijek nije potvrđen, poslužio je kao inspiracija za potragu postojanja antizvijezda u relativnoj blizini Sunca

Jedno od pitanja na koje ne znamo odgovor vezano uz nastanak Svemira odnosi se na manjak antimaterije, iako je u jednom trenutku nakon Velikog praska postojala jednaka količina materije i antimaterije, prema fizici opisanoj Standardnim modelom.

Ranu fazu razvoja Svemira preživio je samo mali dio materije. Na svake dvije milijarde čestica preživjela je samo jedna čestica materije. Problem ima i službeno ime – bariogeneza. Pokusi na akceleratorima pokazuju kako bi taj omjer mogao biti i veći u korist materije, no za sada nismo dovoljno pametni da razumijemo i te rezultate.

 Alfa Magnetski Spektrometar (AMS-02) smješten na ISS
Alfa Magnetski Spektrometar (AMS-02) smješten na ISS

Detektor AMS-02 (Alfa Magnetski Spektrometar) smješten na Međunarodnoj svemirskoj postaji potencijalno je opazio jezgru anti-helija. Ukoliko bi se to opažanje potvrdilo, to bi bio značajan korak u postavljanju granice na postojanje antizvijezda. Antizvijezde su jednostavno zvijezde, ali su izgrađene od antimaterije.

Kada bismo promatrali antizvijezdu, ne bismo opazili ništa posebno drugačije od zvijezde izgrađene od materije. Procesi fuzije bi se odvijali normalno. Emitirala bi elektromagnetsko zračenje kao obična zvijezda itd. Jedini signal da je nešto drugačije odnosio bi se na slučaj kada bi ta antizvijezda u svoje gravitacijsko polje uhvatila materiju. Materija bi se u kontaktu s antimaterijom anihilirala i emitirala specifičan elektromagnetski potpis u gama dijelu elektromagnetskog spektra.

Antizvijezde su jednostavno zvijezde, ali su izgrađene od antimaterije.

Stavite se sada na mjesto astrofizičara. Čujete vijest da je opažen anti-helij u Sunčevom sustavu i mislite si, kada bih barem imao godine i godine mjerenja gama zračenja koje dolazi iz Svemira. Srećom imamo 10 godina podataka snimljenih na Fermijevom gama teleskopu. Obrade podataka uhvatili su se francuski astrofizičari i prije dva tjedna objavili su rad u kojemu tvrde da su pronašli 14 potencijalnih kandidata – antizvijezda.

Izvori su imali karakterističan potpis anihilacije materije i antimaterije i posebni su po tome što na tim lokacijama ne opažamo tipične izvore gama zraka - neutronske zvijezde ili crne rupe.

Da dočaramo kako je moguće reći da se radi baš o slučaju anihilacije, mogli bismo povući paralelu s klasičnom optičkom spektroskopijom. Kada mjerite elektromagnetski spektar usijanog tijela, poput komada željeza ili površine Sunca, dobijate kontinuirani spektar. U slučaju Sunca, kada bi svjetlost pustili kroz prizmu, dobili bi dugine boje. No ako promatrate užareni plin jednog elementa spektar će biti linijski, vidjet ćete samo svjetlost koja je emitirana pri prelasku između energetskih nivoa u atomima tog elementa.

Tako će materija koja se ubrzava u blizini crne rupe ili polovima neutronske zvijezde emitirati gama zrake potpuno drugačijih karakteristika od anihilacijskog zračenja. Zanimljivo je spomenuti kako imamo jedan legendarni signal u gama spektru koji se odnosi na tzv. Vela incident. Satelit Vela opazio je potpis nenajavljenog nuklearnog testa.

Do danas nije razjašnjeno tko je proveo test, ali fizika je nedvojbena, forenzički potpis odnosio se na nuklearnu eksploziju. Rezultati predstavljeni u radu daju utješnu informaciju kako u sferi radijusa 30 do 3.000 svjetlosnih godina vjerojatno nema antizvijezda.

Položaji u galaktičkim koordinatama za 14 kandidata. Boja pokazuje opaženi tok energije.
Položaji u galaktičkim koordinatama za 14 kandidata. Boja pokazuje opaženi tok energije.

Od kuda dolazi antimaterija od koje bi bile izgrađene te antizvijezde? Iako nam popularni romani govore drugačije, na Zemlji je gotovo nemoguće napraviti i jedan gram antimaterije. Najveći problem odnosi se na skladištenje. Atom je neutralan. Lako je zadržati samo jezgru nekog atoma ili pozitron, no kada se fomira anti-vodik ili anti-helij jedine su opcije hlađenje i magnetske zamke. Rekord čuvanja za anti-vodik iznosi 17 minuta. Nabijene antičestice uspjele su se zadržati u tzv. Penningovoj zamci više od 400 dana. Iako antimaterija redovito nastaje raznim procesima u Svemiru, vidimo kako se izuzetno brzo u kontaktu s materijom pretvori u elektromagnetsko zračenje.

Jedna od razumnijih opcija za antizvijezde je antimaterija iz rane faze Velikog praska. Kako smo spomenuli na početku, bariogeneza još nije u potpunosti razjašnjena i ne razumijemo u potpunosti procese koji su doveli do dominacije materije u Svemiru, tako da je razumno testirati postojanje antizvijezda i pokušati dobiti barem neku procjenu. Vjerojatnost za postojanje antizvijezda je mala, ali je konačna. U kozmološkom smislu to odgovara sceni u filmu Glup i gluplji kad Mary kaže Llyodu da je šansa da mu bude cura jedan u milijun on veselo uzvikne – znači ima šanse!!!

Za kraj, kratki opis još jednog egzotičnog signala vezanog za rast i razvoj zvijezda. Nedavno je objavljeno kako su opaženi prvi signali fuzije u tzv. CNO ciklusu na Suncu. Signal je došao, naravno, od neutrina. Detektor neutrina Borexino opazio je neutrine energije veće od onih koji se mogu proizvesti u fuziji vodika u helij. Ne moramo se bojati da će Sunce brzo preći u novu fazu i povećati svoj radijus do orbite Zemlje te da se možemo pozdraviti s civilizacijom. To su samo prvi signali. Zapravo, izrazito je fascinantno kako smo mi na nivou civilizacijskog razvoja u kojem možemo detektirati te poslovične „igle“ u plastu sijena.

 

O autoru: Davor Horvatić je izvanredni profesor na Fizičkom odsjeku Prirodoslovno-matematičkog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu. Istraživanje obavlja u području fizike elementarnih čestica gdje se bavi hadronima te u području fizike kompleksnih sustava, stohastičkih procesa i analize vremenskih serija s primjenom u ekonomiji, sociologiji i medicini. Objavio je više od 40 znanstvenih radova koji su citirani više od dvije tisuće puta. Aktivno se bavi popularizacijom znanosti. Održao je više od tri stotine popularnih predavanja te snimio desetak radijskih i televizijskih emisija. Suautor je osnovnoškolskih udžbenika fizike za sedmi i osmi razred.



DLS Stereo - One savršena je baza za 2.1 audio sustav vašeg televizora

DLS FLATSUB Stereo One

550 x 165 x 300 mm, 32 Hz @-6dB, 8,5 kg, 80W za sub + 2x35W satelitsko pojačalo

3.199 3.999 kn Kupi

Zvučnici uz koje zabava nikada ne prestaje

DALI Opticon 5 Black

51 - 32,000 Hz, 30 - 150W, 88.0 dB, 891 x 195 x 310 mm, 15.6 kg

8.099 9.589 kn Kupi

Novi dizajn stereo pojačala s zaslonom za jednostavnije korištenje

VINCENT SV-121

2x80W/8 Ohm, 2 x 130W/7 Ohm output, 20Hz, 90dB, 430 x 95 x 380mm, 10kg

3.999 kn 4.999 kn Kupi