لغز المادة المظلمة الذي يعود تاريخه إلى قرن من الزمان – الغراء غير المرئي الذي يُعتقد أنه يجمع المجرات معًا – حصل للتو على دليل حديث.
ويقول العلماء إنهم قد يكونون على بعد خطوة واحدة من تأكيد وجود هذه المادة المراوغة، وذلك بفضل عمليات المحاكاة الجديدة التي تشير إلى وجود وهج خافت في مركز المجرة. درب التبانة يمكن أن يكون التوقيع الذي طال انتظاره للمادة المظلمة.
المادة المظلمةوالتي تشكل حوالي 27% من مادة الكون، لا تزال واحدة من أكبر الألغاز في علم الكونيات. فهو لا يمتص أو يعكس الضوء، مما يجعله غير مرئي تمامًا للتلسكوبات. وعلى الرغم من عقود من التجارب، بدءًا من أجهزة الكشف عن الجسيمات تحت الأرض وحتى المراصد الفضائية التي تدور حول الأرض، لم يتمكن العلماء من اكتشافها بشكل مباشر أبدًا. ومع ذلك، ربما تكون عمليات المحاكاة الحاسوبية الجديدة التي أجراها فريق مورو قد جعلتنا نقترب خطوة أخرى من فك اللغز.
النتائج تظهر ذلك المادة المظلمة بالقرب من مركز درب التبانة قد لا يشكل مجالًا مثاليًا كما اعتقد العلماء منذ فترة طويلة. وبدلاً من ذلك، يبدو مسطحًا، على شكل بيضة تقريبًا، ويعكس هذا الشكل بشكل وثيق نمط أشعة جاما الغامضة التي رصدها تلسكوب فيرمي لأشعة جاما الفضائي التابع لناسا.
يعتمد هذا على بحث يعود تاريخه إلى عام 2008، عندما اكتشف فيرمي لأول مرة توهجًا واسعًا ضبابيًا ضوء عالي الطاقة بالقرب من قلب المجرة، وتمتد عبر حوالي 7000 سنة ضوئية. وكانت الإشارة أكثر سطوعًا بكثير مما يمكن أن تفسره النماذج الحالية.
واقترح بعض العلماء أن هذه الأشعة يمكن أن تكون نتيجة ثانوية لجسيمات المادة المظلمة غير المرئية المعروفة باسم WIMPs (اختصار للجسيمات الضخمة ذات التفاعل الضعيف) تتصادم وتفني بعضها البعض. وجادل آخرون بأنها جاءت من بقايا نجمية سريعة الدوران تُعرف باسم النجوم النابضة بالميلي ثانية – وهي نجوم نيوترونية قديمة سريعة الدوران والتي تنبعث منها حزم من الإشعاع مثل المنارات الكونية.
كانت نظرية النجم النابض منطقية لأن توهج أشعة جاما بدا مسطحًا ومنتفخًا، تمامًا مثل توهج درب التبانة المنطقة الوسطى المليئة بالنجوم. إذا كانت المادة المظلمة هي السبب وراء التوهج، فقد توقع العلماء نمطًا أكثر سلاسة واستدارة.
قرر مورو وفريقه اختبار الفكرتين. وباستخدام أجهزة الكمبيوتر العملاقة القوية، أعادوا إنشاء كيفية تشكل درب التبانة، بما في ذلك مليارات السنين من الاصطدامات والاندماجات العنيفة مع المجرات الأصغر. ووجد الباحثون أن تلك الأحداث العنيفة تركت “بصمات” عميقة على الطريقة التي يتم بها توزيع المادة المظلمة في قلب المجرة.
عندما يؤخذ هذا التاريخ المعقد في الاعتبار، فإن هالة المادة المظلمة المحاكية لم تعد تبدو كروية. بدلًا من ذلك، يأخذ شكلًا مسطحًا يشبه البيضة، وهو ما يتوافق مع نمط انبعاث أشعة جاما الذي لاحظه فيرمي، حسبما أفادت الدراسة الجديدة.
وقال مورو: “إننا نظهر أن المادة المظلمة لها أيضًا هذا الشكل المسطح”. “لذا، فهو يتطابق مع فائض (أشعة جاما) بشكل أفضل بكثير مما كان متوقعا من قبل.”
تشير النتائج إلى أن المادة المظلمة لا تزال منافسًا قويًا وراء التوهج الغامض لمجرة درب التبانة. لكن الباحثين يقولون إن ذلك لا يستبعد النجوم النابضة تمامًا. ويخلص الفريق إلى أن كلا الاحتمالين أصبحا الآن “لا يمكن تمييزهما بشكل أساسي”.
إذا كان الفائض ينشأ بالفعل من تصادمات المادة المظلمة، فسيكون ذلك بمثابة أول دليل غير مباشر على وجود الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs)، وهي مرشح رئيسي للمادة المظلمة، بالفعل.
يمكن أن تأتي الإجابات النهائية بحلول أواخر عام 2020، عندما يقوم مرصد مصفوفة تلسكوب شيرينكوف (سي تي ايه أو) تبدأ بمسح السماء من موقعيها التوأم في تشيلي وإسبانيا. يقول الباحثون إن المنشأة ستكون قادرة على مراقبة أشعة جاما بدقة أعلى بكثير من فيرمي، مما قد يساعدهم على التمييز بين سرب من النجوم النابضة، التي لها طاقات أعلى، وجسيمات المادة المظلمة ذات الطاقة المنخفضة.
وأضاف مورو أن عمليات رصد أشعة جاما للمجرات القزمة الأصغر حجمًا التي تدور حول درب التبانة، والتي تستضيف قلوبها أيضًا مادة مظلمة في جيوب كثيفة، يمكن أن تزيد من اختبار كلا الاحتمالين.
وقال مورو: “هذا هو المكان الذي نأمل أن نقيس فيه الإشارة”. “نحن نتطلع حقًا إلى هذه الملاحظات.”
العلماء مقتنعون بوجود المادة المظلمة. يمكن القول إن السعي لاكتشافه يظل واحدًا من أكثر التحديات إحباطًا وإثارة في الفيزياء الحديثة.
وقال مورو: “لسبب ما، لا يزال الأمر بعيد المنال بالنسبة لنا”. “وأعتقد أن الغموض يجعل الأمر أكثر إثارة للاهتمام.”
وقد تم تفصيل النتائج في أ ورق نُشرت في 16 أكتوبر في مجلة Physical Review Letters.
التعليقات