شناسایی پرتوی رکوردشکنی از ماده و پادماده

ستاره‌شناسان با استفاده از "رصدخانه پرتوی ایکس چاندرا" متعلق به ناسا، پرتوی رکوردشکنی از ماده و پادماده را مشاهده کردند که ۴۰ تریلیون مایل طول دارد.
به گزارش واحد خبر مرکز مطالعات و پژوهش های فلکی نجومی به نقل از isna و فیز، بر اساس بیانیه مطبوعاتی ناسا، ستاره‌شناسان با استفاده از "رصدخانه پرتوی ایکس چاندرا"، پرتوی رکوردشکنی از ماده و پادماده را به طول ۴۰ تریلیون مایل رصد کرده‌اند.
این رشته از ماده و پادماده برای اولین بار در سال ۲۰۲۰ مشاهده شد، اما محققان نتوانستند طول کامل آن را تخمین بزنند، زیرا از محدوده آشکارساز "چاندرا" فراتر می‌رفت. اما مشاهدات جدید در فوریه و نوامبر ۲۰۲۱ نشان می‌دهد که طول این رشته تقریباً سه برابر طولی است که در ابتدا تخمین زده شده بود.
طولانی‌ترین رشته
ابعاد این رشته، آن را طولانی‌ترین رشته از یک تپ‌اختر که از زمین دیده می‌شود (ستاره‌ای با میدان مغناطیسی قوی که به سرعت در حال چرخش است) می‌سازد.
"مارتین دی‌وریس" از دانشگاه "استنفورد" که رهبری این مطالعه را بر عهده داشت، گفت: تعجب‌آور است که یک تپ‌اختر با عرض تنها ۱۰ مایل می‌تواند ساختاری به قدری بزرگ ایجاد کند که ما بتوانیم آن را از هزاران سال نوری دورتر ببینیم. با اندازه نسبی، اگر این رشته از نیویورک تا لس‌آنجلس کشیده شود، این تپ‌اختر حدود ۱۰۰ برابر کوچکتر از کوچکترین جرم قابل مشاهده با چشم غیر مسلح خواهد بود.
تپ‌اخترِ مسئول این رویداد اسرارآمیز، "PSR J۲۰۳۰+۴۴۱۵" نام دارد و در فاصله ۱۶۰۰ سال نوری از زمین قرار دارد و ممکن است به پاسخ به یک سؤال دیرینه کمک کند که منبع پادماده راه شیری چیست؟
نشت پوزیترون
دانشمندان حدس می‌زنند که این تپ‌اختر ممکن است پوزیترون‌ها را که معادل پادماده الکترون با بار منفی هستند، به کهکشان نشت دهد.
"راجر رومانی"، یکی از نویسندگان این مقاله از دانشگاه "استنفورد"، می‌گوید: این احتمالاً ناشی از نشت ذرات است. باد میدان مغناطیسی تپ‌اختر با میدان مغناطیسی میان‌ستاره‌ای مرتبط شده و الکترون‌ها و پوزیترون‌های پرانرژی به بیرون پرتاب شده‌اند.
دانشمندان اکنون حدس می‌زنند که نشت‌های کیهانیِ مشابه ممکن است ماده و پادماده را در طول تریلیون‌ها کیلومتر پاشش کنند و منبع پوزیترون‌های مشاهده شده توسط آشکارسازهای ویژه روی زمین را ایجاد کنند.
تپ‌اختر
تپ‌اخترها(Pulsar) ستاره‌های نوترونی چرخانی هستند که با سرعت بسیار زیادی دوران می‌کنند و پالس‌های مداومی از انرژی تابشی به همراه خطوط میدان مغناطیسی قوی را از خود منتشر می‌کنند. برخی از تپ‌اخترها نیز پرتوهای ایکس تابش می‌کنند. ستاره‌های نوترونی در حقیقت بقایای هسته ستاره منفجر شده‌ای هستند که حجم کوچک و چگالی بسیار بالایی دارند. برای نمونه تپ‌اختری به قطر ۲۰ کیلومتر ۱٫۵ برابر جرم خورشید را در خود جای داده‌ است. تپ‌اخترها هنگام تولد، دمایی در حدود چند میلیون درجه سلسیوس دارند و بلافاصله شروع به سرد شدن می‌کنند. نحوه و سرعت سرد شدن نیز به مواد تشکیل‌دهنده و چگالی آنها بستگی دارد.
تاکنون بیش از ۱۰۰ تپ‌اختر مشخص شده‌اند. تپ‌اختر سحابی خرچنگ، یکی از معروف‌ترین تپ‌اخترها، در هر ثانیه ۳۰ پالس به سوی زمین گسیل می‌کند که به معنای ۳۰ چرخش در ثانیه است. سرعت چرخش تپ‌اخترها به دور خود از چند میلی‌ثانیه(بسیار سریع) تا چند ده ثانیه(بسیار کند) متغیر است. سرعت چرخش تپ‌اخترها با عمر آنها نسبت عکس دارد. تپ‌اخترهای پیر آهسته‌تر به دور خود می‌گردند، بنابراین سرعت چرخش نسبتاً بالای تپ‌اختر خرچنگ نشان‌دهنده جوان بودن این تپ‌اختر است.
تپ‌اختر "بادبان" افزون‌ بر "خرچنگ"، تپ‌اختر دیگری درون ابرگاز در حال انبساط است که به نظر می‌رسد باقی‌مانده یک ابرنواختر انفجاری باشد. به علت اینکه این تپ‌اختر در جهت صورت فلکی بادبان قرار دارد، "تپ‌اختر بادبان" نامیده می‌شود. این تپ‌اختر در فاصله ۱۵۰۰ سال نوری از ما قرار دارد. ضربان‌های حاصل از تپ‌اختر بادبان به میزان ۱۲ عدد در ثانیه به ما می‌رسند. چون تپ‌اختر بادبان از تپ‌اختر خرچنگ آهسته‌تر می‌چرخد، در نتیجه ابرنواختری که این تپ‌اختر را تولید کرده‌ است، بایستی زودتر از ابرنواختر خرچنگ اتفاق افتاده باشد.
پادماده
در فیزیک نوین، پادماده(Antimatter) ماده‌ای است که ذرات بنیادین و زیراتمی سازنده آن، از ذراتی به نام پادذره یا جفت کوانتومی ذرات عادی تشکیل شده است. پادذره‌ها در مدل استاندارد، به مفهومی مخالف ذرات زیراتمی تشکیل دهنده مواد قلمداد می‌شوند و در برابر ذرات معمولی قرار می‌گیرند. میزان بسیار اندکی از ذرات پادماده به شکل روزانه در آزمایشگاه‌های شتاب‌دهنده ذرات تولید می‌شود. میزان پادماده تولید شده توسط این سامانه‌ها یا در موارد طبیعی مانند برخورد اشعه‌های کیهانی با جو زمین یا واپاشی هسته‌ای از چند نانوگرم بیشتر نمی‌شود و در روش‌های آزمایشگاهی از تمامی این تکنیک‌ها برای ایجاد پاداتم‌ها استفاده شده‌ است. تاکنون به دلیل هزینه بسیار بالا، پیچیدگی تکنولوژیکی فراوان و ناپایداری پادماده در مجاورت ماده، امکان ایجاد پادماده در اندازه‌های ماکروسکوپیک فراهم نیامده است.
به لحاظ تئوری، یک ذره و پادذره مقابل آن (به عنوان مثال پروتون و پادپروتون) جرم یکسانی دارند، اما بار الکتریکی آنها مخالف یکدیگر است، همچنین دیگر اعداد و ویژگی‌های کوانتومی آنها نیز با یکدیگر متفاوت است. به عنوان نمونه، یک پروتون بار مثبت دارد، درحالی که پادپروتون دارای بار منفی است.
برخورد هر ذره با پادذره متقابلش یعنی جفت کوانتومی‌اش (به عنوان مثال میون با پادمیون) به نابودی هر دو ذره منجر می‌شود و نتیجه این واکنش کوانتومی، افزایش سطح فوتون‌های پر انرژی(پرتو گاما) یا نوترینوها و در موارد معدودی ظهور جفت‌های ذره-پادذره با جرم کمتر از ذرات اولیه در فیلد کوانتومی می‌شود. بیشترین میزان انرژی آزاد شده بر اثر نابودی ذرات، به شکل پرتوهای یونیزه کننده مانند گاما و ایکس نمود پیدا می‌کند. در صورت حضور مواد عادی در مجاورت این واکنش، حجم انرژی این تابش‌های پر انرژی به شکل گرما یا نور تغییر یافته و جذب می‌شوند. میزان انرژی آزاد شده در اغلب موارد با جرم کلی نابود شده (جرم ماده و پادماده) نسبت مستقیم دارد و بر اساس رابطه هم‌ارزی جرم و انرژی قابل اندازه‌گیری است.
همان‌طور که از کنار هم قرار گرفتن ذرات زیراتمی عادی اتم‌ها و در نتیجه‌اش مواد عادی شکل می‌گیرند، ذرات زیر اتمی پادماده نیز با هم دیگر ترکیب شده و منجر به ظهور پادماده می‌شوند. به عنوان مثال پوزیترون که پادذره الکترون در خانواده لپتون‌ها محسوب می‌شود، می‌تواند در مجاورت یک پادپروتون تشکیل اتم پادهیدروژن را بدهد. تاکنون شرایط آزمایشگاهی امکان ایجاد هسته اتم پادهیلیوم را فراهم کرده‌ است که علاوه بر سختی فراوان این عمل، هسته این پادماده یکی از پیچیده‌ترین پاد هسته‌هایی بوده‌ که تاکنون مشاهده شده‌ است. قوانین فیزیک تبیین می‌کنند که هسته‌های اتمی پادماده با پیچیدگی‌های بسیار بالاتر که می‌توانند به ایجاد جدول تناوبی پادماده‌ها (نقطه مقابل جدول تناوبی عناصر مواد عادی) منجر شود، امکان‌پذیر است.
شواهد بسیاری دال بر این هستند که کائنات قابل مشاهده تقریباً به شکل کامل از ماده عادی تشکیل شده‌ است و این فرض که جهان از ترکیب یکسان ماده و پادماده تشکیل شده‌ است، اشتباه است. در حالی که مسئله عدم برابری میزان ماده و پادماده در جهان قابل مشاهده یکی از مسائل بزرگ حل نشده علم فیزیک است.