آیا خوشه‌هایی از ستارگانِ پادماده‌ای وجود دارند؟

ما نمی‌دانیم که چرا در کیهان، ماده بر پادماده چیرگی دارد، ولی شاید ستارگانی، یا چه بسا کهکشان‌هایی در کیهان باشند که یکپارچه از پادماده ساخته شده باشند. این پادستارگان می‌توانند پیوسته اجزای پادماده‌ی خود را به فضا پس بزنند، و حتی شاید بتوانیم آنها را به شکل درصد کوچکی از ذرات پرانرژی که به زمین می‌خورند هم آشکار کنیم.

تولد نامتعادل

پادماده هم درست مانند ماده‌ی معمولی است و هم نیست. هر ذره‌ای [از ماده‌ی معمولی] یک همزاد پادذره دارد، دقیقا با همان جرم، همان اسپین و همان همه چیز. تنها تفاوتشان در بار الکترکی آنهاست. برای نمونه، یک پادذره‌ی الکترون که به نام “پوزیترون” شناخته می‌شود، دقیقا مانند الکترون است به جز این که بار الکتریکی‌اش مثبت است.

نظریه‌های فیزیک بنیادی ما از گونه‌ای تقارنِ ویژه میان ماده و پادماده می‌گویند- این که تقریبا درست آینه‌ی یکدیگر هستند. هر ذره‌ی ماده‌ی معمولی در کیهان باید یک همتای پادذره‌ی پادماده داشته باشد. ولی هنگامی که به پیرامون نگاه می‌کنیم هیچ پادماده‌ای نمی‌بینیم. زمین از ماده‌ی معمولی ساخته شده، سامانه‌ی خورشیدی از ماده‌ی معمولی ساخته شده، غبار میان کهکشان‌ها از ماده‌ی معمولی ساخته شده؛ خلاصه انگار جهان یکپارچه از ماده‌ی معمولی ساخته شده است.

پادذره تنها در دو جا وجود دارد. یکی درونِ برخورددهنده‌های بسیار نیرومند است: هنگامی که این برخورددهنده‌ها را روشن می‌کنیم و ذرات زیراتمی را به هم می‌کوبیم، فواره‌هایی از هر دو، هم ماده و هم پادماده بیرون می‌زنند. یک جای دیگر که پادذره وجود دارد، در میان پرتوهای کیهانی است. پرتوهای کیهانی واقعا پرتو نیستند بلکه جریان‌هایی از ذرات پرانرژی‌اند که از جای جای کیهان می‌آیند و به جو زمین کوبیده می‌شوند. این ذرات از فرآیندهای فرا-نیرومندی در کیهان، مانند انفجارهای ابرنواختری و برخورد ستارگان می‌آیند و بنابراین همان فیزیک [فیزیکِ برخورد دهنده‌ها] در آنها اعمال می‌شود.

ولی چرا پادماده اینقدر کمیاب است؟ اگر ماده و پادماده تا این اندازه دقیق با هم در تراز (تعادل) هستند، پس این همه پاد-چیز کجا رفته؟ پاسخ در جایی از آغاز کیهان نهفته است.

پاد-کهکشان

ما دقیقا نمی‌دانیم چرا و چگونه ولی در جوانی کیهان، یک چیزی این هم‌ترازی را بر هم زد. احتمالا در روزهای خوبِ گذشته (زمانی را می‌گویم که کمتر از یک ثانیه از عمر کیهان می‌گذشت)، ماده و پادماده داشتند در اندازه‌های برابر تولید می‌شدند. اما سپس چیزی رخ داد؛ چیزی باعث شد ماده بیش از پادماده تولید شود. این چیز بزرگی نبود، تنها به اندازه‌ی ناهمترازیِ یک در میلیارد، ولی به اندازه‌ی کافی بود که ماده‌ی معمولی بتواند آن چنان پیشی بگیرد که اساسا بر سرتاسر کیهان چیره شود، و سرانجام ستارگان و کهکشان‌ها و حتی من و شما را بسازد.

ولی آن فرآیند هر چه بود -و باید یادآور شوم که فیزیک دقیق این سازوکارِ پادماده‌کُش در آغاز کیهان هنوز فراتر از دانش فیزیک ماست، و بنابراین هنوز بسیاری چیزها را نمی‌دانیم- ولی هر چه بوده شاید کامل و بی‌نقص نبوده. کاملا امکانش هست که توده‌های بزرگی از پادماده از کیهان آغازین مانده باشند و اکنون در گوشه و کنار کیهان شناور باشند.

آن توده‌ها اگر توانسته باشند به مدت طولانی دوام بیاورند، می‌توانسته‌اند در تنهاییِ نسبی رشد کنند. بی‌شک ماده و پادماده اگر با هم برخورد کنند یکدیگر را با درخشی از انرژی نابود می‌کنند، و این می‌توانسته باعث سردردهای بسیاری در کیهان آغازین شده باشد، اما اگر توده‌هایی از پادماده از این آزمون سربلند بیرون آمده باشند، اکنون دیگر در آرامشند.

این توده‌های پادماده در طی میلیاردها سال می‌توانسته‌اند گرد هم آمده و بزرگ‌تر شده باشند. به یاد داشته باشید که تنها تفاوت میان پادماده و ماده در بار الکتریکی آنهاست- همه‌ی دیگر کارکردهای فیزیکیشان درست یکسان مانده است. بنابراین می‌توانیم پادهیدروژن، پادهلیوم، و پاد-همه‌ی دیگر عنصرها را بسازیم. می‌توانیم پادغبار، پادستاره‌هایی با پادهمجوشی، پادسیاره‌هایی با پاد-مَردُمانی که از پاد-لیوانهایشان پاد-آب می‌نوشند، خلاصه پادِ هر چیزی را بسازیم.

شمارش وارونه (معکوس)

اخترشناسان گمان نمی‌کنند که پاد-کهکشان‌هایی یکپارچه وجود داشته باشند، زیرا برهمکنش‌های آنها با ماده‌ی معمولی (برخوردهای کهکشانی) باید انرژی بسیار هنگفتی آزاد کند، انرژی‌هایی آنچنان بالا که می‌بایست تاکنون متوجه‌شان شده باشیم. ولی توده‌های کوچک‌تر امکان‌پذیر هستند. توده‌های کوچک‌تری مانند خوشه‌های کروی.

خوشه‌های کروی توده‌های کوچک انبوه و و چگالی از میلیون‌ها ستاره هستند که به گرد کهکشان‌های بزرگ‌تر از خودشان می‌گردند. گمان بر اینست که آنها به گونه‌ای باورنکردنی پیر هستند، زیرا هیچ ستاره‌ی تازه‌ای در روزگار کنونی نمی‌سازند و به جایش انباشته از جمعیت‌های ستارگان کوچک، سرخ و پیرند. آنها همچنین به نسبت خالی از گاز و غبارند- همان سوختی که برای ساختن ستارگان تازه نیاز است. کهکشان راه شیری خودش حدود ۱۵۰ خوشه‌ی کروی دارد. و چه بسا برخی از آنها از پاد-ستارگان تشکیل شده باشند.

یک گروه از اخترفیزیکدانان به محاسبه‌ی این پرداختند که چه می‌شود اگر یکی از خوشه‌های کروی که به گرد راه شیری می‌گردند، در حقیقت یک پاد-خوشه باشد. آنها در پژوهشنامه‌ی خود که شماره‌ی پیش-چاپ آن در نشریه‌ی برخطِ arXiv منتشر شده یک پرسش ساده پرسیده‌اند: چه رخ خواهد داد؟

تا زمانی که چنین خوشه‌ی کروی‌ای یکراست به درون قرص کهکشان راه شیری شیرجه نزده، واقعا چیزی پیش نخواهد آمد. از آنجایی که پادخوشه تنها از ستارگان درست شده، و ستارگان هم حجم چندانی از فضا را نمی‌گیرند، شانس انفجار‌های بزرگی وجود ندارد. به جای آن، پادستاره‌ها در پادخوشه زندگی معمولی خود را پیش می‌برند و همان کارهای ستارگان معمولی را انجام می‌دهند.

کارهایی مانند انتشار جریان‌های پیوسته‌ای از ذرات [بادِ ستاره‌ای]. یا شراره‌های غول‌پیکر و فوران‌های تاجی. یا برخورد به یکدیگر. یا مُردن در انفجارهای باشکوه ابرنواختری. همه‌ی این فرآیندها می‌توانند انبوهی از پادذرات تولید کرده و به بیرون از پادخوشه، به درون فضای پیرامون، از جمله درونِ راه شیری بگسیلند. و از جمله به سوی سامانه‌ی خورشیدی، جایی که تنها به شکل بخشی از دارودسته‌ی پرتوهای کیهانی پدیدار می‌شوند.

خب آیا امکان دارد برخی از این پاد ذرات که هر روز به جو زمین برخورد می‌کنند، میلیون‌ها سال پیش از پادستارگان بیرون زده باشند؟ گفتنش در زمان کنونی بسیار دشوار است. شکی نیست که پادذرات بخشی از جمعیت کل پرتوهای کیهانی را می‌سازند، اما چون کهکشان راه شیری مسیر ذرات باردار (چه معمولی و چه پادِ آن) را با میدان مغناطیسی خود تغییر می‌دهد، گفتنِ این که یک پرتوی کیهانی خاص دقیقا از کجا آمده در عمل دشوار خواهد بود.

ولی اگر اخترشناسان بتوانند یک خوشه‌ی ستاره‌ای را به عنوان یک چشمه‌ی به ویژه نیرومندِ پادذرات شناسایی کنند، انگار که یک کپسول زمان را گشوده باشند، به پنجره‌ای رو به فیزیکِ حاکم بر کیهان، در زمانی که تنها یک ثانیه از عمرش می‌گذشت دست خواهند یافت. این را هم بگویم که ما هرگز نمی‌توانیم به دیدار یک پادخوشه برویم، زیرا رفتن به آنجا همانا و منفجر شدنمان همان!