Ucapkan kata "antimateri" dan segera orang berpikir tentang fiksi ilmiah - anti-alam semesta, bahan bakar untuk mesin kecepatan warp Enterprise dan sebagainya. Antimateri terdiri dari partikel-partikel elementer, yang masing-masing memiliki massa yang sama dengan partikelnya masing-masing - proton, neutron dan elektron - tetapi muatan berlawanan dan sifat magnetiknya. Ketika partikel dan antimateri bertabrakan, mereka memusnahkan satu sama lain dan menghasilkan energi sesuai dengan persamaan Einstein yang terkenal, E = mc2. Tapi antimateri bukan sesuatu yang tersedia di setiap sudut apotek (dan juga plutonium, untuk melanjutkan dengan tema film) dan tidak ada terlalu banyak di sekitar, jadi sepertinya. Tetapi, menurut teori, tidak selalu seperti itu, dan para ilmuwan menggunakan Observatorium Sinar-X Chandra untuk mencari bukti antimateri yang ada di alam semesta yang sangat awal. Dan itu bukan pekerjaan mudah ...
Menurut model Big Bang, Semesta dipenuhi partikel-partikel materi dan antimateri tak lama setelah Big Bang. Sebagian besar materi ini dimusnahkan, tetapi karena ada sedikit lebih banyak materi daripada antimateri - kurang dari satu bagian per miliar - hanya materi yang tertinggal, setidaknya di Alam Semesta setempat.
Jumlah jejak antimateri diyakini dihasilkan oleh fenomena kuat seperti jet relativistik yang ditenagai oleh lubang hitam dan pulsar, tetapi belum ada bukti yang ditemukan untuk antimateri yang tersisa dari alam semesta bayi.
Bagaimana antimateri primordial bisa bertahan? Tepat setelah Big Bang diyakini ada periode luar biasa, yang disebut inflasi, ketika Alam Semesta meluas secara eksponensial hanya dalam sepersekian detik.
"Jika gumpalan materi dan antimateri ada bersebelahan sebelum inflasi, mereka sekarang dapat dipisahkan oleh lebih dari skala Alam Semesta yang dapat diamati, jadi kita tidak akan pernah melihat mereka bertemu," kata Gary Steigman dari Ohio State University, yang melakukan pembelajaran. "Tapi, mereka mungkin dipisahkan pada skala yang lebih kecil, seperti pada superkluster atau cluster, yang merupakan kemungkinan yang jauh lebih menarik."
Dalam hal itu, tabrakan antara dua kluster galaksi, struktur terikat gravitasi terbesar di Semesta, mungkin menunjukkan bukti antimateri. Emisi sinar-X menunjukkan berapa banyak gas panas yang terlibat dalam tabrakan tersebut. Jika beberapa gas dari kedua kluster memiliki partikel antimateri, maka akan ada pemusnahan dan sinar-X akan disertai oleh sinar gamma.
Steigman menggunakan data yang diperoleh oleh Chandra dan sekarang tidak lagi mengorbit Compton Gamma Ray Observatory untuk mempelajari Bullet Cluster, di mana dua kelompok besar galaksi saling bertabrakan satu sama lain dengan kecepatan sangat tinggi. Pada jarak yang relatif dekat dan dengan orientasi sisi yang baik seperti yang dilihat dari Bumi, Bullet Cluster menyediakan tempat uji yang sangat baik untuk mencari sinyal antimateri.
Lihatlah animasi yang sangat bagus dari gugusan galaksi yang saling bertabrakan.
"Ini adalah skala terbesar di mana tes antimateri ini pernah dilakukan," kata Steigman, yang makalahnya diterbitkan dalam Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. "Saya ingin melihat apakah ada kelompok galaksi yang terbuat dari antimateri dalam jumlah besar."
Jumlah sinar-X yang diamati dari Chandra dan non-deteksi sinar gamma dari data Compton menunjukkan bahwa fraksi antimateri dalam Bullet Cluster kurang dari tiga bagian per juta. Selain itu, simulasi penggabungan Bullet Cluster menunjukkan bahwa hasil ini mengesampingkan jumlah antimateri yang signifikan dalam skala sekitar 65 juta tahun cahaya, perkiraan pemisahan asli dari dua cluster yang bertabrakan.
"Tabrakan materi dan antimateri adalah proses yang paling efisien untuk menghasilkan energi di alam semesta, tetapi itu mungkin tidak terjadi pada skala yang sangat besar," kata Steigman. "Tapi, aku belum menyerah karena aku berencana untuk melihat kluster galaksi bertabrakan lain yang baru-baru ini ditemukan."
Menemukan antimateri di Semesta mungkin memberi tahu para ilmuwan tentang berapa lama periode inflasi berlangsung. "Keberhasilan dalam percobaan ini, meskipun jauh, akan mengajarkan kita banyak tentang tahap paling awal dari Alam Semesta," kata Steigman.
Kendala yang lebih ketat telah ditempatkan oleh Steigman pada keberadaan antimateri pada skala yang lebih kecil dengan melihat kluster galaksi tunggal yang tidak melibatkan tabrakan besar dan baru-baru ini.
Sumber: Chandra / Harvard
