Materie/Antimaterie-Vernichtung erzeugt Gammastrahlen bei bestimmten Frequenzen. Das bedeutet, dass wir Regionen im Weltraum entdecken können, in denen Materie und Antimaterie interagieren. Die Logik, die Materie-Antimaterie-Asymmetrie zeigt, geht also ungefähr so:

1. Offensichtlich besteht in unserem Nahbereich das Universum (Sonnensystem, Milchstraße) aus Materie.
2. Kann nicht sagen, ob entfernte Galaxien aus Materie oder Antimaterie bestehen – Spektren etc. trotzdem. Das Universum könnte aus Domänen von Materie und Antimaterie bestehen, mit Netto-Baryonen-Asymmetrie.
3. Wenn Materie/Antimaterie-Domänen in Kontakt sind, werden an der Grenze durch Vernichtung Gammastrahlen erzeugt. Der kosmische Gammastrahlenhintergrund zeigt an, dass Domänen mindestens ~Gpc groß sein müssen.
4. Lücken zwischen Domänen würden im CMB angezeigt.

(Liste aus The Origin of Matter-Antimatter Asymmetry - pdf)

Der Gammastrahlenhintergrund zeigt keine Domänengrenzen. WMAP zeigt keine Lücken zwischen großen Domains .

-- Also, wenn da draußen viel Antimaterie ist, hat sie nirgendwo, wo wir sehen können, Kontakt mit Materie, und sie ist auch nicht durch kosmische Hohlräume von normaler Materie getrennt. Das lässt nicht viel Platz für Antimaterie im beobachtbaren Universum.

TL;DR

Die Antwort auf Ihre Fragen ist kompliziert. Wir wissen, dass in der Milchstraße und in der Lokalen Gruppe die Materie die Antimaterie um 10-15 Größenordnungen dominieren muss. Wir haben auch Grenzwerte für andere Galaxienhaufen festgelegt, die darauf hindeuten, dass das Verhältnis je nach Haufen zwischen etwa 5,5 und 8 Größenordnungen liegt. Wir wissen nicht, ob die dominierende Komponente dieser Cluster Materie oder Antimaterie ist; Wir wissen nur, dass es eine sehr hohe Asymmetrie gibt, und der Konsens ist, wenn man das kosmologische Prinzip anwendet, dass eher Materie als Antimaterie dominiert. Wenn wir zeigen könnten, dass die dominierende Komponente in diesen Clustern Materie ist, wäre die Antwort auf Ihre Frage ein klares Ja.

In Bezug auf Techniken: Wir können das Verhältnis von Antimaterie zu Materie auf einer Vielzahl von Skalen messen, vom Inneren der Galaxie (dh einige Kiloparsec) bis zu ganzen Galaxienhaufen (in der Größenordnung von zehn Megaparsec), indem wir nach der Signatur der Materie suchen -Antimaterie-Vernichtung - nämlich Photonen - oder Antiteilchen selbst. Im Laufe des letzten halben Jahrhunderts wurden diesem Verhältnis an verschiedenen Orten und Regimen strenge Grenzen gesetzt. Für unsere eigene Galaxie sind sehr niedrige Grenzwerte bekannt, für weit entfernte Haufen haben wir zwar nicht so niedrige, aber immer noch recht gute Ergebnisse – wobei wir nicht nachweisen können, ob die vorherrschende Komponente im Haufen Materie oder Antimaterie ist.

Galaktische Antimaterie

Im interstellaren Medium (ISM) zwischen Sternen können wir versuchen, Antimaterietaschen zu finden ( Steigman 1976 ). Eine einfache direkte Detektionsmethode beinhaltet die Beobachtung der Polarisation von Licht, das durch das ISM geht, und einen Effekt namens Faraday-Rotation , bei dem Licht mit einem großflächigen Magnetfeld interagiert. Große Mengen an Antimaterie (wahrscheinlich Antiprotonen und Positronen) sollten eine charakteristische Polarisationssignatur auf dieser Rotation hinterlassen, aber dies wurde nicht einmal seit den ersten Studien beobachtet ( Gardner & Whiteoak 1963 ff .). Indirekte ISM-Messungen der Produkte der Materie-Antimaterie-Vernichtung (hauptsächlich Gammastrahlen sowie Neutrinos) haben sehr stark eingeschränkte Obergrenzen für galaktische Antimateriefraktionen:

• In interstellaren Wolken: f ~ 10 ^-15
• Im interstellaren Medium: f ~ 10 ^-15
• Im galaktischen Halo: f ~ 10 ^-10

Steigmans Bericht erwähnt auch, dass nur wenige kompakte Gammastrahlenquellen gefunden wurden, was auf einen Mangel an Sternen aus Antimaterie hindeutet, aber das ist ziemlich veraltet, da sowohl Fermi- als auch modernere Gammastrahlenteleskope viel mehr Hochenergiequellen gefunden haben (siehe z . B. TeVCat für eine Liste hochenergetischer galaktischer und extragalaktischer Quellen). Allerdings haben wir die Natur dieser Quellen identifiziert (Pulsarwindnebel, hochenergetische Doppelsterne usw.), und Antimateriesterne können wahrscheinlich immer noch ausgeschlossen werden.

Die von Steigman gesetzte Obergrenze für den Bruchteil in der Galaxie beträgt ~ 10 ^-4 , was etwa 10 Millionen Sternen entspricht. Dies setzt voraus, dass die Sterne aus kondensierten Antimaterietaschen entstanden sind, da die Lebensdauer eines Antiteilchens im ISM nur etwa 300 Jahre beträgt. Die Berechnung wurde auf der Grundlage der erwarteten Leuchtkraft der Materie-Antimaterie-Vernichtung durchgeführt, wenn ein Stern Gas passiert, und mit der gesamten Gammastrahlen-Leuchtkraft der Milchstraße verglichen.

Extragalaktische Antimaterie

Eine Schlüsselmethode zum direkten Nachweis extragalaktischer Quellen ist die Untersuchung kosmischer Strahlung. Wenn ein beträchtlicher Anteil von ihnen Antimateriekerne sind, könnte dies ein Schlag gegen die Idee einer solch starken Materie-Antimaterie-Asymmetrie sein. Bei einem weiten Energiebereich finden wir jedoch ziemlich gute Grenzen, die von f ~ 10 ^-1 bis 10 ^-4 reichen ( Steigman 1976 , und vermutlich sind diese besser geworden). Der Nachweis von kosmischer Antimateriestrahlung (z. B. Antihelium) würde bedeuten, dass eine aktive Galaxie, die überwiegend Antimaterie enthält, der Übeltäter sein könnte.

Wir können den Anteil von Antimaterie auf den Skalen von Galaxienhaufen untersuchen, indem wir die Materie-Antimaterie-Vernichtung im Intrahaufen-Gas zwischen Galaxien untersuchen; Wir sollten Gammastrahlen sehen, wenn sowohl Materie als auch Antimaterie in erheblichen Mengen vorhanden sind. Das Verhältnis von Röntgenfluss (von heißem Gas) zu Gammastrahlenfluss (von Vernichtung) kann verwendet werden, um dies herauszufinden.

Daten von EGRET ( Reimer et al. 2003 ) schränken das Verhältnis der dominanten Komponente (entweder Materie oder Antimaterie) zu der selteneren Komponente (entweder Antimaterie oder Materie) in einer Reihe prominenter Cluster ein ( Steigman 2008 ; arXiv-Version ). Für viele, z. B. den Virgo-Cluster und den Perseus-Cluster, liegt der Anteil bei ~ 10 ^-8 oder darunter. Ein Ausreißer ist der Bullet Cluster, der vergleichsweise hohe ~10 ^-5,5 hat, die meisten Cluster aber deutlich darunter liegen.

Nun, wir können Materiegalaxien in dieser Größenordnung nicht von Antimateriegalaxien unterscheiden, aber wir können sagen, dass auf kosmologischen Maßstäben Gruppen von Materie und Antimaterie mindestens durch zehn Megaparsec getrennt sein müssen , sicherlich größer als die Größe einzelner Haufen.