Dites le mot «antimatière» et immédiatement les gens pensent à la science-fiction - anti-univers, carburant pour les moteurs à vitesse de distorsion de l'Enterprise, etc. L'antimatière est constituée de particules élémentaires, dont chacune a la même masse que leurs homologues de matière correspondants - protons, neutrons et électrons - mais les charges et propriétés magnétiques opposées. Lorsque la matière et les particules d'antimatière entrent en collision, elles s'annihilent et produisent de l'énergie selon la célèbre équation d'Einstein, E = mc2. Mais l'antimatière n'est pas quelque chose qui est disponible dans chaque pharmacie du coin (et le plutonium non plus, pour continuer avec le thème du film) et il n'y en a pas beaucoup autour, semble-t-il. Mais, selon la théorie, il n'en a pas toujours été ainsi, et les scientifiques utilisent l'Observatoire de rayons X de Chandra pour rechercher des preuves de l'antimatière qui était présente dans le tout premier univers. Et ce n'est pas une tâche facile…
Selon le modèle du Big Bang, l'Univers était inondé de particules de matière et d'antimatière peu de temps après le Big Bang. La plupart de ces matériaux ont été anéantis, mais parce qu'il y avait un peu plus de matière que d'antimatière - moins d'une partie par milliard - seule la matière a été laissée, du moins dans l'Univers local.
On pense que des traces d'antimatière sont produites par des phénomènes puissants tels que les jets relativistes alimentés par des trous noirs et des pulsars, mais aucune preuve n'a encore été trouvée pour l'antimatière restant de l'Univers infantile.
Comment une antimatière primordiale aurait-elle pu survivre? Juste après le Big Bang, on pensait qu'il y avait une période extraordinaire, appelée inflation, lorsque l'Univers s'est développé de façon exponentielle en seulement une fraction de seconde.
"Si des amas de matière et d'antimatière existaient côte à côte avant l'inflation, ils pourraient maintenant être séparés par plus que l'échelle de l'Univers observable, donc nous ne les verrions jamais se rencontrer", a déclaré Gary Steigman de l'Ohio State University, qui a mené l'étude. "Mais, ils pourraient être séparés à des échelles plus petites, comme celles des super-clusters ou des clusters, ce qui est une possibilité beaucoup plus intéressante."
Dans ce cas, les collisions entre deux amas de galaxies, les plus grandes structures liées par gravitation dans l'Univers, pourraient montrer des preuves d'antimatière. L'émission de rayons X montre la quantité de gaz chauds impliqués dans une telle collision. Si une partie du gaz de l'un ou l'autre groupe contient des particules d'antimatière, il y aura annihilation et les rayons X seront accompagnés de rayons gamma.
Steigman a utilisé les données obtenues par Chandra et maintenant désorbité l'Observatoire Compton Gamma Ray pour étudier le Bullet Cluster, où deux grands amas de galaxies se sont écrasés à des vitesses extrêmement élevées. À une distance relativement proche et avec une orientation latérale favorable vue depuis la Terre, le Bullet Cluster fournit un excellent site de test pour rechercher le signal d'antimatière.
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«Il s'agit de la plus grande échelle sur laquelle ce test d'antimatière ait jamais été effectué», a déclaré Steigman, dont l'article a été publié dans le Journal of Cosmology and Astropartic Physics. "Je cherche à voir s'il pourrait y avoir des amas de galaxies constituées de grandes quantités d'antimatière."
La quantité observée de rayons X de Chandra et la non-détection de rayons gamma des données de Compton montrent que la fraction d'antimatière dans le Bullet Cluster est inférieure à trois parties par million. De plus, les simulations de la fusion de Bullet Cluster montrent que ces résultats excluent toute quantité significative d'antimatière sur des échelles d'environ 65 millions d'années-lumière, une estimation de la séparation d'origine des deux clusters en collision.
«La collision de la matière et de l'antimatière est le processus le plus efficace pour générer de l'énergie dans l'Univers, mais cela peut ne pas se produire à très grande échelle», a déclaré Steigman. "Mais je n'abandonne pas encore car je prévois de regarder d'autres amas de galaxies en collision qui ont été récemment découverts."
Trouver de l'antimatière dans l'Univers pourrait dire aux scientifiques combien de temps a duré la période d'inflation. "Le succès de cette expérience, bien que de loin, nous en apprendrait beaucoup sur les premières étapes de l'Univers", a déclaré Steigman.
Steigman a imposé des contraintes plus strictes à la présence d'antimatière à plus petite échelle en examinant des amas de galaxies uniques qui n'impliquent pas de collisions récentes aussi importantes.
Source: Chandra / Harvard
