ربما يكون العلماء قد “رأوا” أخيرًا المادة المظلمة للمرة الأولى

عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.

ربما يكون العلماء قد “رأوا” المادة المظلمة لأول مرة، وذلك بفضل تلسكوب فيرمي الفضائي لأشعة جاما التابع لناسا. إذا كان الأمر كذلك، فسيكون هذا بمثابة أول اكتشاف مباشر للمادة الأكثر غموضًا في الكون.

تم وضع نظرية للمادة المظلمة في عام 1933 من قبل عالم الفلك فريتز زويكي، الذي وجد أن المجرات المرئية في مجموعة الغيبوبة كانت تفتقر إلى تأثير الجاذبية اللازم لمنع هذه المجموعة من التطاير. ثم، في السبعينيات، عالم الفلك فيرا روبن ووجد زملاؤه أن الحواف الخارجية للمجرات الحلزونية كانت تدور بنفس معدل دوران مراكزها، وهو أمر لن يكون ممكنًا إلا إذا لم تكن الكمية الكبرى من الكتلة في هذه المجرات مركزة في مراكزها، بل كانت مشتتة على نطاق أوسع. هذه ليست ملاحظات مباشرة ل المادة المظلمة, بالطبع، ولكن تم التوصل إلى استنتاجات باستخدام تفاعلات المادة المظلمة مع الجاذبية بالإضافة إلى تأثير الجاذبية على المادة العادية والضوء. ومع ذلك، وبسبب هذه النتائج، فقد حسب علماء الفلك منذ ذلك الحين أن جميع المجرات الكبيرة موجودة داخل هالات واسعة من المادة المظلمة التي تتوسع إلى ما هو أبعد من حدود المادة المرئية في المجرات (مثل هالات النجوم المجرية).

وتشير التقديرات الآن إلى أن جزيئات هذه المادة الغامضة تفوق الجزيئات التي تشكل المادة اليومية بنسبة خمسة إلى واحد. وهذا يعني أن كل ما نراه حولنا يوميًا – النجوم، والكواكب، والأقمار، وأجسادنا، والقطة المجاورة، وما إلى ذلك – يمثل جميعها 15% فقط من المادة في الكون، وتمثل المادة المظلمة 85% الأخرى. ومما يزيد من غموض المادة المظلمة حقيقة أنها تتفاعل مع الإشعاع الكهرومغناطيسي بشكل ضعيف جدًا، أو لا تتفاعل على الإطلاق، فهي لا تبعث الضوء أو تمتصه أو تعكسه. وبالتالي، فهو غير مرئي فعليًا في جميع الأطوال الموجية للضوء، أو على الأقل كما اعتقدنا ذلك.

هناك احتمال واحد قد يؤدي إلى إنتاج المادة المظلمة للضوء. إذا كانت جسيمات المادة المظلمة “تفني” عندما تلتقي ببعضها البعض وتتفاعل، مثلما تفعل المادة ونظيرتها من المادة المضادة، فيجب أن تنتج وابلًا من الجسيمات، بما في ذلك فوتونات أشعة جاما التي، على الرغم من أنها غير مرئية لأعيننا، يمكن “رؤيتها” بواسطة التلسكوبات الفضائية الحساسة لأشعة جاما. إحدى الجسيمات “التدميرية الذاتية” المقترحة التي يُنظر إليها على أنها المادة المظلمة تسمى “الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل” أو “WIMPs“.

قام فريق من الباحثين، بقيادة تومونوري توتاني من قسم علم الفلك بجامعة طوكيو، بتدريب مركبة فيرمي الفضائية على مناطق درب التبانة حيث يجب أن تتجمع المادة المظلمة، وبالتحديد في مركز مجرتنا، وبحثوا عن توقيع أشعة جاما هذا.

حسنًا، يعتقد توتاني أننا وجدنا هذا التوقيع أخيرًا.

وقال توتاني: “لقد اكتشفنا أشعة جاما بطاقة فوتون تبلغ 20 جيجا إلكترون فولت (أو 20 مليار إلكترون فولت، وهي كمية كبيرة للغاية من الطاقة) تمتد في بنية هالية باتجاه مركز مجرة ​​درب التبانة”. “إن مكون انبعاث أشعة جاما يتطابق بشكل وثيق مع الشكل المتوقع من هالة المادة المظلمة.”

وهذه ليست المباراة الوحيدة القريبة. إن توقيع الطاقة لأشعة جاما هذه يتطابق بشكل وثيق مع تلك المتوقع ظهورها من إبادة الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs)، والتي من المتوقع أن تكون كتلتها حوالي 500 مرة كتلة البروتون، وهي جسيمات المادة العادية الموجودة في قلب الذرات. ويشير توتاني إلى عدم وجود أي ظواهر فلكية أخرى تفسر بسهولة أشعة جاما التي لاحظها فيرمي.

وقال توتاني: “إذا كان هذا صحيحًا، على حد علمي، فستكون هذه هي المرة الأولى التي ترى فيها البشرية المادة المظلمة. وقد اتضح أن المادة المظلمة هي جسيم جديد غير مدرج في النموذج القياسي الحالي لفيزياء الجسيمات”. “وهذا يدل على تطور كبير في علم الفلك والفيزياء.”

في حين أن توتاني واثق من أن ما اكتشفه هو وزملاؤه هو توقيع المادة المظلمة WIMPs التي تفني بعضها البعض في قلب الكون. درب التبانة، سيحتاج المجتمع العلمي بشكل عام إلى المزيد من الأدلة القوية قبل إغلاق الكتاب حول هذا اللغز الذي يعود تاريخه إلى ما يقرب من قرن من الزمان.

وأضاف توتاني: “قد يتحقق ذلك بمجرد تجميع المزيد من البيانات، وإذا كان الأمر كذلك، فإنه سيوفر دليلاً أقوى على أن أشعة جاما تنشأ من المادة المظلمة”.

نُشر بحث الفريق يوم الثلاثاء (25 نوفمبر) في مجلة علم الكونيات وفيزياء الجسيمات الفلكية.