اخترشناسان در پژوهشی تازه که در مجله Astronomy & Astrophysics منتشر شده است، شواهدی از خروج پادماده از کهکشان راه شیری و نابودی آن در فضای میان‌کهکشانی یافته‌اند. این یافته می‌تواند معمای دیرینه «کمبود پادماده» و ناهماهنگی در محاسبات تابش‌های ۵۱۱ کیلوالکترون‌ولتی کهکشان ما را حل کند.
مکانیسم آنی‌هیلاسیون و تابش ۵۱۱ کیلوالکترون‌ولتی
پادماده، تصویر آینه‌ای ماده معمولی است؛ با این تفاوت که بار الکتریکی معکوس دارد. طبق قوانین فیزیک ذرات، هنگامی که یک پادذره (مانند پوزیترون) با همتای ماده خود (الکترون) برخورد می‌کند، هر دو نابود شده و جرم آن‌ها به انرژی در قالب فوتون‌های گاما تبدیل می‌شود. این فرآیند که «آنی‌هیلاسیون» (Annihilation) نام دارد، اثر انگشت مشخصی بر جای می‌گذارد: تابشی با انرژی دقیق ۵۱۱ کیلوالکترون‌ولت (keV). دانشمندان با استفاده از تلسکوپ INTEGRAL متعلق به آژانس فضایی اروپا، نقشه دقیقی از این تابش‌ها در مرکز کهکشان راه شیری ترسیم کرده‌اند.
چالش موازنه انرژی در راه شیری
یکی از بزرگترین چالش‌های اختر فیزیک‌دانان در دهه‌های اخیر، حجم غیرمنتظره پوزیترون‌ها در کهکشان بوده است. منابع شناخته شده پادماده در کهکشان ما نظیر سیاه‌چاله‌ها، ستاره‌های نوترونی و سایر پدیده‌های پرانرژی، نمی‌توانند نرخ تولید مشاهده‌شده پوزیترون‌ها را توجیه کنند. به عبارت دیگر، ما شاهد نابودی تعداد بسیار بیشتری از پادذرات هستیم که با نرخ تولید توسط منابع شناخته‌شده همخوانی ندارد. این «کمبود منابع» باعث شده بود مدل‌های فعلی از ساختار کهکشان ناقص به نظر برسند.
فرضیه فرار پادماده به فضای میان‌کهکشانی
فرضیه جدید مطرح شده توسط این تیم پژوهشی، پاسخی نوآورانه برای این معما دارد: پادذرات در محیط داخلی راه شیری تولید شده، اما پیش از آنکه با الکترون‌های محلی برخورد کنند، از چنگال گرانشی کهکشان گریخته و به فضای میان‌کهکشانی (Intergalactic Space) وارد می‌شوند. در این فضای تهی، این ذرات با ماده معمولی سرگردان در خارج از کهکشان برخورد کرده و نابود می‌شوند. این کشف بدین معناست که کهکشان راه شیری بسیار بیشتر از آنچه پیش‌تر تصور می‌شد، پادماده تولید می‌کند؛ اما ما به دلیل رصد محدود در لبه‌های کهکشانی، این نرخ بالای تولید را دست‌کم گرفته بودیم.
چشم‌انداز آینده: تلسکوپ COSI
تایید نهایی این نظریه نیازمند ابزارهای دقیق‌تری است که بتوانند سیگنال‌های ضعیف تابش گاما را در فضای دوردست تفکیک کنند. در همین راستا، دانشمندان چشم به پرتاب تلسکوپ Compton Spectrometer and Imager (COSI) توسط ناسا در سال ۲۰۲۷ میلادی (حدود سال ۱۴۰۶ شمسی) دوخته‌اند. این تلسکوپ با حساسیت بسیار بالاتر، قادر خواهد بود این تابش‌های فراری را با دقت بیشتری نقشه‌برداری کرده و محاسبات جرمی کهکشان را بازنگری کند.
مشخصات فنی فرآیند رصدی و داده‌ها
- پدیده مورد مطالعه: آنی‌هیلاسیون الکترون-پوزیترون
- سطح انرژی تابش گاما: 511 keV
- منبع داده اولیه: ماهواره INTEGRAL (ESA)
- ابزار پیش‌بینی شده برای تایید: تلسکوپ COSI (NASA)
- محل وقوع فرآیند: مرزهای کهکشان راه شیری و فضای میان‌کهکشانی
