هناك أشياء قليلة في الكون محيرة مثل المادة المظلمة، وهي “الأشياء” غير المرئية والغريبة التي يُعتقد أنها تشكل معظم المادة في المجرات.
تسير النظرية على النحو التالي: للتوفيق بين فهمنا الحالي للفيزياء وما نلاحظه في الكون، يجب أن تكون هناك كميات هائلة من المادة التي لا يمكننا رؤيتها. العلماء على يقين من أن هذه “المادة المفقودة” موجودة بسبب تأثيرات الجاذبية التي تمارسها، لكن اكتشافها بشكل مباشر استعصى على العلماء، الذين اضطروا إلى استنتاج كيفية احتلال المادة المظلمة للكون بشكل غير مباشر.
بعد مرور ما يقرب من قرن من الزمن على نظرية المادة المظلمة لأول مرة، يقول عالم فيزياء فلكية ياباني إنه ربما وجد أول دليل مباشر على وجودها – أشعة جاما تمتد في نمط يشبه الهالة – في منطقة قريبة من مركز مجرتنا درب التبانة.
“أنا متحمس جدًا بالطبع!” وقال مؤلف الدراسة تومونوري توتاني، الأستاذ في قسم علم الفلك بجامعة طوكيو، لشبكة إن بي سي نيوز في رسالة بالبريد الإلكتروني. “وعلى الرغم من أن البحث بدأ بهدف الكشف عن المادة المظلمة، إلا أنني اعتقدت أن فرص النجاح كانت مثل الفوز في اليانصيب”.
إن ادعاء توتاني باكتشاف المادة المظلمة لأول مرة هو ادعاء استثنائي لم يقتنع به جميع الخبراء. لكن النتائج، التي نشرت يوم الثلاثاء في مجلة علم الكونيات وفيزياء الجسيمات الفلكية، تقدم نظرة ثاقبة للبحث الجامح عن المادة المظلمة وصعوبات البحث في الكون عن شيء لا يمكن رؤيته.
يُعتقد أن المادة المظلمة تشكل حوالي 27% من الكون، في حين أن المادة العادية – الأشخاص والأشياء اليومية والنجوم والكواكب، على سبيل المثال – تشكل حوالي 5% فقط، وفقًا لوكالة ناسا. (والباقي يتكون من عنصر غامض بنفس القدر يعرف باسم الطاقة المظلمة).
استخدمت دراسة توتاني ملاحظات من تلسكوب فيرمي لأشعة جاما الفضائي التابع لناسا والموجه بالقرب من قلب درب التبانة. تم تصميم التلسكوب لالتقاط نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي المكثف المعروف باسم أشعة جاما.
تم اقتراح المادة المظلمة لأول مرة في الثلاثينيات من قبل عالم الفلك السويسري فريتز زويكي، الذي عثر على حالة شاذة أثناء قياس كتلة وحركة المجرات في مجموعة المجرات الكبيرة كوما. تحركت المجرات بسرعة كبيرة جدًا بالنسبة لحساباته، وبدلاً من الهروب من العنقود، كانت متماسكة بطريقة ما.
اقترحت النظريات الناتجة شكلاً غريبًا حقًا للمادة. لا يمكن رؤية المادة المظلمة لأنها لا تبعث الضوء أو تمتصه أو تعكسه. ومع ذلك، نظرًا لأن له كتلة من الناحية النظرية ويحتل مساحة فيزيائية في الكون، فيمكن الاستدلال على وجوده بناءً على تأثيرات الجاذبية في جميع أنحاء الكون.
توجد نماذج مختلفة لتفسير المادة المظلمة، لكن العلماء يعتقدون أن المادة الغامضة تتكون من جسيمات غريبة تتصرف بشكل مختلف عن المادة العادية التي نعرفها جميعًا.
تشير إحدى المدارس الفكرية الشائعة إلى أن المادة المظلمة تتكون من جسيمات افتراضية تُعرف باسم WIMPs (اختصار لـ “الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل”) والتي تتفاعل قليلاً جدًا مع المادة العادية. ومع ذلك، عندما يصطدم اثنان من الجسيمات ضعيفة التفاعل، يمكن أن يفني كل منهما الآخر ويطلق العنان لأشعة جاما القوية.
اكتشف توتاني، عالم الفلك والفيزياء الفلكية، في بحثه، انبعاثات مكثفة من أشعة غاما قال إنها تعادل تقريبًا واحدًا على المليون من سطوع مجرة درب التبانة بأكملها. ويبدو أيضًا أن أشعة جاما منتشرة في بنية تشبه الهالة عبر منطقة كبيرة من السماء. وبدلاً من ذلك، إذا تركزت الانبعاثات من مصدر واحد، فقد يشير ذلك إلى وجود ثقب أسود أو نجم أو أي جسم كوني آخر هو المسؤول عن أشعة جاما، وليس المادة المظلمة المنتشرة.
خريطة كثافة أشعة جاما تمتد حوالي 100 درجة في اتجاه مركز المجرة. يتوافق الشريط الرمادي الأفقي في المنطقة الوسطى مع منطقة المستوى المجري، والتي تم استبعادها من التحليل لتجنب الإشعاع الفيزيائي الفلكي القوي. (تومونوري توتاني / جامعة طوكيو)
وقال توتاني: “على حد علمي، لا توجد ظاهرة تنشأ من الأشعة الكونية أو النجوم تُظهر طيف طاقة فريدًا ومتماثلًا كرويًا مثل ذلك الذي لوحظ في هذه الحالة”.
لكن بعض العلماء الذين لم يشاركوا في الدراسة كانوا متشككين في النتائج.
وقال ديفيد كابلان، الأستاذ في قسم الفيزياء وعلم الفلك بجامعة جونز هوبكنز، إنه من الصعب تتبع الانبعاثات إلى جسيمات المادة المظلمة بأي قدر من اليقين لأن الكثير لا يزال غير معروف عن أشعة جاما.
قال كابلان: “نحن لا نعرف حتى كل الأشياء التي يمكن أن تنتج أشعة جاما في الكون”، مضيفًا أن هذه الانبعاثات عالية الطاقة يمكن أيضًا أن تنتج عن النجوم النيوترونية سريعة الدوران أو الثقوب السوداء التي تلتهم المادة العادية وتطلق نفاثات عنيفة من المواد.
على هذا النحو، حتى عند اكتشاف انبعاثات غير عادية لأشعة جاما، غالبًا ما يكون من الصعب استخلاص استنتاجات ذات معنى، وفقًا لإريك تشارلز، وهو عالم في مختبر SLAC الوطني التابع لجامعة ستانفورد.
وقال: “هناك الكثير من التفاصيل التي لا نفهمها، ورؤية الكثير من أشعة جاما من جزء كبير من السماء المرتبطة بالمجرة – من الصعب حقًا تفسير ما يحدث هناك”.
وقال ديلون بروت، الأستاذ المساعد في أقسام علم الفلك والفيزياء بجامعة بوسطن، إن إشارات أشعة جاما والبنية الشبيهة بالهالة الموصوفة في الدراسة موجودة في منطقة من السماء “وهي الأصعب حقًا في النمذجة”.
وقال بروت لشبكة إن بي سي نيوز في رسالة بالبريد الإلكتروني: “لذا، يجب التعامل مع أي مطالبات بحذر شديد”. “وبالطبع، فإن الادعاءات غير العادية تتطلب أدلة غير عادية.”
وصف كابلان الدراسة بأنها “مثيرة للاهتمام” و”تستحق المتابعة”، لكنه قال إنه غير مقتنع تمامًا بأن تحليلات المتابعة ستؤكد النتائج. لكنه يأمل أن يؤكد العلماء بشكل مباشر وجود المادة المظلمة في المستقبل.
وقال: “سيكون هذا بمثابة تغيير جذري لقواعد اللعبة، لأنه في الواقع شيء يبدو أنه يهيمن على الكون”. “إنه يفسر تكوين المجرات وبالتالي تكوين النجوم والكواكب ونحن، وهو جزء أساسي من فهمنا لكيفية تشكل الكون.”
وقال توتاني نفسه إن هناك حاجة إلى دراسة إضافية لإثبات أو دحض ادعائه.
وقال: “إذا كانت النتائج صحيحة، فستكون النتائج مؤثرة للغاية، لذا سيفحص الباحثون في المجتمع مدى صحتها بعناية”. “أنا واثق من النتائج التي توصلت إليها، ولكنني آمل أن يقوم باحثون مستقلون آخرون بتكرار هذه النتائج.”
تم نشر هذه المقالة في الأصل على موقع NBCNews.com