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Pourrait-il y avoir un amas d’étoiles d’antimatière en orbite autour de notre galaxie?

Paul M. Sutter est astrophysicien à SUNY Stony Brook et le Flatiron Institute, hôte de Demandez à un Spaceman et Radio spatiale, et auteur de Comment mourir dans l’espace. Il a contribué cet article à 45secondes.fr Voix d’experts: opinions et idées.

On ne sait pas pourquoi l’univers est dominé par la matière plutôt que par l’antimatière, mais il pourrait y avoir des étoiles entières, et peut-être même des galaxies, dans l’univers fait d’antimatière.

Les anti-étoiles perdaient continuellement leur antimatière composants dans le cosmos, et pourraient même être détectables comme un petit pourcentage des particules de haute énergie frappant la Terre.

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Naissance déséquilibrée

L’antimatière est comme la matière normale, sauf que non. Chaque particule a un jumeau anti-particule, avec exactement la même masse, exactement le même spin et exactement le même tout. La seule chose différente est la charge. Par exemple, l’anti-particule de l’électron, appelée positron, est exactement comme l’électron sauf qu’elle a une charge électrique positive.

Nos théories de la physique fondamentale indiquent un type particulier de symétrie entre la matière et l’antimatière – elles se reflètent presque parfaitement. Pour chaque particule de matière dans l’univers, il devrait y avoir une particule d’antimatière. Mais quand nous regardons autour de nous, nous ne voyons aucune antimatière. La Terre est faite de matière normale, le système solaire est faite de matière normale, la poussière entre les galaxies est faite de matière normale; il semble que l’univers entier soit entièrement composé de matière normale.

Il n’y a que deux endroits où l’antimatière existe. L’un est à l’intérieur de nos collisionneurs de particules ultra-puissants: lorsque nous les allumons et faisons exploser des substances subatomiques, des jets de normale et d’antimatière surgissent. L’autre endroit est dans rayons cosmiques. Les rayons cosmiques ne sont pas vraiment des rayons, mais plutôt des flux de particules de haute énergie qui traversent le cosmos et frappent notre atmosphère. Ces particules proviennent de processus ultra-puissants dans l’univers, comme les supernovae et les étoiles en collision, et donc la même physique s’applique.

Mais pourquoi l’antimatière est-elle si rare? Si la matière et l’antimatière sont si parfaitement équilibrées, qu’est-il arrivé à tous les anti-trucs? La réponse se trouve quelque part dans l’univers primitif.

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L’anti-galaxie

Nous ne savons pas exactement ce qui l’a fait, mais quelque chose s’est déséquilibré dans le jeune cosmos. Vraisemblablement dans le bon vieux temps (et je parle quand l’univers avait moins d’une seconde ici), la matière et l’antimatière étaient produites en quantités égales. Mais alors quelque chose est arrivé; quelque chose a produit plus de matière que d’antimatière. Cela ne prendrait pas beaucoup, juste un déséquilibre d’une partie par milliard, mais il suffirait que la matière normale en vienne à dominer essentiellement l’univers entier, formant finalement des étoiles et des galaxies et même vous et moi.

Mais quel que soit ce processus – et je devrais mentionner que la physique détaillée de ce mécanisme de destruction de l’antimatière dans l’univers primitif est actuellement au-delà de la physique connue, donc il y a beaucoup de choses dans l’air ici – cela n’a peut-être pas été tout à fait parfait. Il est tout à fait possible que l’univers primitif ait laissé de gros amas d’antimatière seuls, flottant ici et là dans tout l’univers.

Ces touffes, si elles survivaient assez longtemps, grandiraient dans un isolement relatif. Bien sûr, lorsque la matière et l’antimatière entrent en collision, ils s’annihilent dans un éclair d’énergie, ce qui aurait causé des maux de tête dans l’univers primitif, mais si les amas d’antimatière avaient traversé cet essai, ils seraient rentrés chez eux.

Au cours de milliards d’années, ces amas d’antimatière auraient pu s’assembler et grossir. Rappelez-vous que la seule différence entre l’antimatière et la matière est leur charge – toutes les autres opérations de la physique restent exactement les mêmes. Ainsi, vous pouvez former des anti-hydrogène, anti-hélium et anti-tous les autres éléments. Vous pouvez avoir anti-poussière, anti-étoiles alimenté par anti-fusion, anti-planètes avec anti-personnes buvant des anti-verres rafraîchissants anti-eau, les œuvres.

Compter à rebours

Les astronomes ne soupçonnent pas qu’il y a des anti-galaxies entières qui flottent là-bas, car leurs interactions avec la matière normale (par exemple, lorsque deux galaxies se heurtent) libéreraient pas mal d’énergie – assez pour que nous puissions le remarquer maintenant. Mais des touffes plus petites pourraient être possibles. Des amas plus petits comme des amas globulaires.

Amas globulaires sont de petits amas denses de moins d’un million d’étoiles en orbite autour de grandes galaxies. On pense qu’ils sont incroyablement vieux, car ils ne forment pas de nouvelles étoiles à l’époque actuelle, et sont plutôt remplis de petites populations rouges et âgées. Ils sont également relativement exempts de gaz et de poussière – tout le carburant dont vous avez besoin pour créer de nouvelles étoiles. Ils traînent simplement, en orbite autour de leurs cousins ​​plus grands et plus actifs, vestiges d’une époque révolue et largement oubliée. La Voie lactée elle-même a une suite d’environ 150 d’entre eux.

Et certains d’entre eux peuvent être faits d’anti-étoiles.

Une équipe d’astrophysiciens théoriciens a calculé ce qui se passerait si l’un des amas globulaires en orbite autour de la Voie lactée était en fait un anti-amas, comme rapporté dans un article récemment paru dans le journal de pré-impression arXiv. Ils ont posé une question simple: que se passerait-il?

À moins que l’amas globulaire ne plonge à travers le disque de la voie Lactée, ça n’exploserait pas vraiment. Étant donné que l’anti-amas ne serait constitué que d’étoiles et que les étoiles ne prennent pas beaucoup de volume, il n’y a pas beaucoup d’opportunités pour de gros booms. Au lieu de cela, les anti-étoiles de l’anti-cluster menaient leur vie normale, faisant des choses normales comme des étoiles.

Des choses comme l’émission d’un flux constant de particules. Ou avoir d’énormes événements de torchère et d’éjection de masse coronale. Ou en collision les uns avec les autres. Ou mourir dans de fantastiques explosions de supernova.

Tous ces processus libéreraient des tonnes d’antiparticules, les envoyant s’écouler hors de l’anti-cluster et dans le volume voisin de l’univers, y compris la Voie lactée. Y compris notre système solaire, où ces antiparticules n’apparaîtraient que comme une autre partie du gang des rayons cosmiques.

Alors, certains des anti-particules qui frappent notre atmosphère chaque jour pourraient-ils avoir été lancés par un anti-star il y a des millions d’années? En ce moment, c’est trop difficile à dire. Il y a certainement des anti-particules mélangées dans le cadre de la population totale de rayons cosmiques, mais comme le champ magnétique de notre galaxie modifie les trajets des particules chargées (normales et anti-semblables), il est difficile de dire exactement d’où vient réellement un rayon cosmique particulier. .

Mais si les astronomes parviennent à identifier un amas globulaire comme une source particulièrement forte d’anti-particules, ce serait comme ouvrir une capsule temporelle, nous donnant une fenêtre sur la physique qui dominait l’univers alors qu’il n’avait qu’un second âge.

Nous ne pouvions jamais non plus visiter l’anti-cluster, car dès que nous le ferions, nous explosions.

Lire la suite: « Flux d’antihélium de l’amas globulaire d’antimatière« 

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