دانشمندان برای اولین‌بار نشانه‌هایی از پادماده را آن‌سوی مرزهای کهکشان راه شیری شناسایی کردند

ده‌ها سال است که اخترشناسان درگیر معمای تعداد زیادی از ذرات پادماده یا همان پوزیترون‌ها هستند که در مرکز کهکشان ما با الکترون‌ها برخورد و طی فرایند انهدام متقابل، درخشش‌های شدیدی از پرتوهای گاما تولید می‌کنند. اکنون، تحقیق جدیدفیزیک‌دانان نشان می‌دهد که ابعاد این مسئله بسیار بزرگ‌تر از محاسبات قبلی است؛ چرا که برای اولین‌بار شواهدی از فرار پادماده به بیرون از دیسک کهکشان به دست آمده است.

پوزیترون‌ها همتای پادماده‌ای الکترون‌ها هستند؛ آن‌ها جرم و اسپین یکسانی با الکترون‌ها دارند، اما بار الکتریکی‌شان مثبت است. هنگامی که یک پوزیترون و یک الکترون با یکدیگر برخورد می‌کنند، یکدیگر را نابود و جفتی از فوتون‌های پرتو گاما با انرژی مشخص ۵۱۱ کیلوالکترون‌ولت آزاد می‌کنند.

به گزارش ساینس‌آلرت، اخترشناسان سال‌هاست درحال ترسیم نقشه این تابش‌ها در پهنه راه شیری بوده‌اند تا کانون‌های اصلی نابودی پوزیترون را شناسایی کنند. اما این نقشه‌ها معمایی پیچیده را نمایان کرده‌اند: تعداد پوزیترون‌هایی که درحال نابودی هستند بسیار بیشتر از آن چیزی است که اجرامی مانند ابرنواخترها، سیاهچاله‌ها، ستاره‌های نوترونی یا ایزوتوپ‌های رادیواکتیو بتوانند تولید کنند.

اکنون یافته‌های جدید این معما را بغرنج‌تر کرده‌اند؛ محققان می‌گویند اگر پوزیترون‌ها پیش از انهدام بتوانند از دیسک کهکشان راه شیری خارج شوند، این بدان معناست که کهکشان ما میزان بسیار بیشتری پادماده نسبت به برآوردهای پیشین تولید می‌کند. به عبارت دیگر، میزان واقعی پوزیترون در کهکشان راه شیری، بسیار بیشتر از آن چیزی است که هم‌اکنون در داخل کهکشان مشاهده می‌کنیم.

کشف جدید اخترشناسی برای حل معمای قدیمی پادماده

تلسکوپ فضایی INTEGRAL متعلق به آژانس فضایی اروپا، از سال ۲۰۰۲ تا پایان مأموریت خود در سال ۲۰۲۵، به مدت بیش از دو دهه آسمان را در طول‌موج‌های گاما زیر نظر داشت. محققان هنگام تحلیل کامل داده‌های ارسالی اینتگرال برای ارائه دقیق‌ترین نقشه تابش، متوجه الگویی غیرعادی شدند:

«ما سعی کردیم تمام خطاهای احتمالی را بررسی کنیم. برای مثال، مجموعه داده‌ها را به بازه‌های سه‌ساله تقسیم کردیم و تصاویر حاصل را با یکدیگر سنجیدیم. سپس تصاویر را به صورت انباشته (ساله، ۶ ساله، ۹ ساله و...) بازسازی کردیم. سیگنال‌ها همیشه وجود داشتند و با گذشت زمان و افزایش داده‌ها، شفاف‌تر و معنی‌دارتر می‌شدند. این رفتاری نیست که ناشی از خطاهای سیستمی یا نویز ابزارهای اندازه‌گیری باشد.»

قوی‌ترین سیگنال‌های شناسایی‌شده از منطقه Complex C (یک ابر بزرگ از گاز هیدروژن که درحال پیشروی به سمت دیسک راه شیری است) دریافت شد. سیگنال ضعیف‌تر دیگری نیز از جریان ماژلانی به دست آمد.

هیچ‌یک از این دو منطقه به خودی خود قادر به تولید این حجم از پوزیترون نیستند. این موضوع نشان می‌دهد ذرات پادماده پیش از نابودی، مسافت‌های طولانی را طی کرده و از کهکشان خارج شده‌اند. اما این فرضیه، معما و تناقض جدیدی را مطرح می‌کند.

براساس محاسبات جدید محققان، اگر این تفسیر از داده‌ها درست باشد، کهکشان راه شیری ممکن است در هر ثانیه حدود ۱۰۰ تریدسیلیون پوزیترون تولید کند؛ رقمی که ۲ تا ۳ برابر بیشتر از تخمین‌های قبلی است.

در‌حال‌حاضر، سیگنال آشکارشده به سطح اطمینان چهار سیگما رسیده است؛ به این معنی که احتمال رخ‌دادن آن بر اثر نوسانات آماری تصادفی، تقریباً ۱ در ۱۵ هزار است. در علوم فیزیک و اخترشناسی، برای پذیرش قطعی یک کشف جدید، رسیدن به آستانه پنج سیگما الزامی است. بااین‌حال، محققان اطمینان دارند که سیگنال نابودی پادماده واقعی است، ولی برای تعیین دقت دقیق شدت آن، به مشاهدات بعدی نیاز است.

تلسکوپ و طیف‌سنج کامپتون ناسا که قرار است در سال ۲۰۲۷ پرتاب شود، ابزار اصلی دانشمندان برای بررسی دقیق‌تر این سیگنال‌های کم‌نور خواهد بود. یافته‌های این پژوهش در ژورنال Astronomy & Astrophysics منتشر شده است.