میزان پادماده رسیده به زمین از اعماق فضا بسیار فراتر از حد انتظار شده است

در بین پرتوهای کیهانی که با سرعت بالا از ژرفای فضا به ما می‌رسند، تعداد کمی از آن‌ها را ذره‌های پادماده‌ای به‌ نام پوزیترون‌ تشکیل می‌دهند.

ستاره‌شناسان بر این باورند که کره‌ی زمین به‌ علت وجود تپ‌اخترها تحت تأثیر این پادالکترون‌ها قرار می‌گیرد. با این حال به‌تازگی نشانه‌های عجیبی در این زمینه توجه ما را جلب کرده است. شمار ذرات پادماده اخیرا بیشتر از حد انتظار بوده است. حال به‌ لطف یک مطالعه‌ی جدید، ممکن است در نهایت به برخی پاسخ‌های قانع‌کننده در این مورد برسیم.

پرتوهای کیهانی به‌ علت اینکه از فضایی با میزان انرژی بالا آزاد می‌شوند، ذرات بسیار سریعی به شمار می‌روند. پوزیترون‌ها درصد کمی از این ذرات فوق سریع را تشکیل می‌دهند. با این حال هیچ کس به‌طور کامل در مورد زمان و چگونگی ساخت این ذرات مطمئن نیست.

در سال ۲۰۰۸، کاوشگری به نام PAMELA واقع در مدار زمین، نشانه‌هایی از رسیدن پوزیترون‌هایی با انرژی بیشتر از حد انتظار، به سمتی از کیهان که ما در آن قرار داریم، آشکار کرد.

یک تیم بزرگ از پژوهشگران بین‌المللی، اندازه‌گیری‌های به‌دست‌آمده‌‌ی اخیر از رصدخانه‌ی HAWC در مکزیک را مورد تجزیه‌وتحلیل قرار داده‌اند. هدف آن‌ها بررسی فرضیه‌های مطرح‌شده در مورد نشأت گرفتن پادماده‌ی فراتر از حد انتظار، از برخی اجرام ناشناخته‌ی کیهانی نظیر تپ‌اخترها بوده است.

تپ‌اخترها ستاره‌های نوترونی هستند که می‌توانند با میدان‌های مغناطیسی فوق‌العاده قوی خود، ذرات را در یک مسیر مشخص در قالب یک پرتو قرار دهند. نام پالسار یا تپ‌اختری که به آن‌ها نسبت داده می‌شود، نشان‌دهنده‌ی پرتوهایی است که در حین چرخش ستاره شکل می‌گیرند و ما از کره‌ی زمین، آن‌ها را به شکل یک نور پایدار وبه‌سرعت در حال جریان می‌بینیم.

با پیوستن این پرتو به گردوغبار و گازهای اطراف، ستاره به‌عنوان شتاب‌دهنده‌ای عظیم برای ذرات عمل می‌کند و با برخورد دادن ذرات به یکدیگر، یک ماده‌ی جدید را از انرژی موجود تولید می‌کند.

در این میان، ذراتی همچون الکترون‌ها و دوگانه‌های پادماده‌ی آن‌ها می‌تواند پدیدار شود؛ ذراتی که در پی امواج حاصل از آن برخوردها ایجاد می‌شوند. به هر حال تمام این روندها برپایه‌ی تئوری تشریح شده است.

از همین رو، هنگامی که رصدخانه‌ی HAWC اخیرا چندین تپ‌اختر واقع در فواصل چند صد سال نوری از ما را به‌منزله‌ی نشانه‌هایی از این پوزیترون‌های پرانرژی مورد بررسی قرار داد، چنین به‌ نظر می‌رسید که یک فرصت مساعد برای آزمودن فرضیه‌های موجود پیش آمده باشد. فیزیکدان، فرانسیسکو سالسا گریوس از آکادمی علوم لهستان در کراکوف، می‌گوید:

آشکارسازهای رصدخانه‌ی HAWC، تابش‌های گامای گسیل‌شده توسط شمار خاصی از الکترون‌های تولیدشده توسط تپ‌اخترها و شتاب بخشیدن به آن‌ها تا مرزهای بالای انرژی را ثبت می‌کنند.

سؤال اساسی این بود: آیا شمار کافی از این الکترون‌ها برای تعامل وجود دارد تا بتوانند تعداد مناسب و معقول از پوزیترون‌ها را تولید کنند؟

پاسخ قاطعانه بود: نه به هیچ وجه؛ نه.

پژوهشگران پس از ۱۷ ماه جمع‌آوری داده‌ها و تجزیه‌و‌تحلیل آن‌ها به این نتیجه رسیدند که تپ‌اخترها عامل انتشاربرخی از پوزیترون‌ها با انرژی بالا بوده‌اند؛ اما شمار آن‌ها چندین برابر کمتر از چیزی بود که بتواند انتشار تمامی پوزیترون‌ها را توضیح دهد. سابرینا کازانوا، که به‌عنوان پژوهشگر در مؤسسه‌ی آکادمی لهستانی فیزیک هسته‌ای فعال است، اشاره می‌کند:

 از آنجایی که میزان حضور تپ‌اخترهای نزدیک مؤثر بر تولید پوزیترون‌های با انرژی بالایی که به ما می‌رسند، بسیار کم است، توضیحات دیگر قوت بیشتری می‌گیرند.

یکی از این توضیحات، به فروپاشی ذرات بزرگ ماده‌ی تاریک اشاره دارد. این یک ایده‌ی وسوسه‌انگیز است؛ به‌خصوص که می‌تواند ما را در مسیر شناسایی بیشتر ماده‌ای راهنمایی کند که به‌ باور دانشمندان، یک‌چهارم از جرم جهان را تشکیل می‌دهد. در ادامه شاید بتوانیم خاصیت‌های دیگری از ماده‌ی تاریک را هم درک کنیم.

اما مهم است در نظر داشته باشیم که مرگ یکی از فرضیه‌ها، لزوما به‌منزله‌ی نشانه‌ای مستقیم از قوت گرفتن فرضیه‌های دیگر نیست. رمز و راز موجود در پس ماده‌ی تاریک و پوزیترون‌های سریع اضافه که به زمین می‌رسند، همچنان پابرجا باقی می‌ماند. ما در حال حاضر، فقط می‌توانیم صبر کنیم و ببینیم دانشمندان به چه یافته‌هایی می‌رسند.

 دستاوردهای این تحقیق در نشریه‌ی Science منتشر شده است.