في أكتوبر 2022، اكتشف العلماء الموت الانفجاري لنجم على بعد 2.4 مليار سنة ضوئية، وكان أكثر سطوعًا من أي نجم تم تسجيله على الإطلاق.
عندما انهار قلب النجم إلى ثقب أسود، انفجر انفجار أشعة جاما المنبعث من النجم – وهو حدث يسمى GRB 221009A – بطاقة تصل إلى 18 تيرا إلكترون فولت. إن انفجارات أشعة جاما هي بالفعل ألمع الانفجارات التي يمكن أن ينتجها كوننا؛ لكن GRB 221009A كان محطمًا للأرقام القياسية، مما أكسبه لقب “القارب” – الأكثر سطوعًا على الإطلاق.
ومع ذلك، هناك شيء خاطئ في الصورة، وفقا لفريق من علماء الفيزياء الفلكية بقيادة جورجيو جالانتي من المعهد الوطني للفيزياء الفلكية (INAF) في إيطاليا. استنادًا إلى النماذج المتطورة للكون، لا ينبغي لنا أن نكون قادرين على رؤية فوتونات أقوى من 10 تيرا إلكترون فولت في البيانات الواردة من مرصد الدش الهوائي الكبير على ارتفاعات عالية (LHAASO) الذي قام بالكشف.
من على بعد 2.4 مليار سنة ضوئية، يجب أن يتم امتصاص الفوتونات ذات الطاقات الأعلى من 10 تيرا إلكترون فولت بقوة من خلال التفاعلات مع فوتونات أخرى قوية للغاية في الضوء الخافت بين المجرات، وهو ما يسمى ضوء الخلفية خارج المجرة.
فماذا الآن؟ حسنًا، ستختفي الفوضى برمتها إذا دخلت الجسيمات الشبيهة بالأكسيونات – وهي أحد المرشحين الرئيسيين للمادة المظلمة الغامضة التي تشكل معظم الكتلة في الكون، كما تنبأت نظرية الأوتار – إلى المزيج.
تم تقديم التحليل الأخير في مؤتمر Rencontres de Moriond الثامن والخمسين في مارس 2024، وهو متاح الآن على خادم الطباعة المسبقة arXiv.
كتب الفريق في ورقته البحثية: “لقد أظهرنا أن المشكلة قد تم حلها إذا أدخلنا تفاعل الفوتونات مع الجسيمات الشبيهة بالأكسيونات (ALPs).”
“يتم التنبؤ بـ ALPs بواسطة نظرية الأوتار، وهي من بين أفضل المرشحين للمادة المظلمة ويمكن أن تنتج تأثيرات طيفية واستقطابية على المصادر الفيزيائية الفلكية في وجود مجالات مغناطيسية خارجية.
“على وجه الخصوص، بالنسبة لـ GRB 221009A، تحدث تذبذبات الجسيمات الشبيهة بالفوتون داخل الوسائط الممغنطة المتقاطعة، أي المجرة المضيفة، والفضاء خارج المجرة، ودرب التبانة، مما يقلل جزئيًا من امتصاص ضوء الخلفية خارج المجرة إلى مستوى يفسر اكتشاف LHAASO. GRB 221009A وطيفها المرصود.”
المادة المظلمة هي واحدة من أكبر الأسئلة التي لدينا حول الكون. بمجرد أن نأخذ في الاعتبار جميع المواد الطبيعية – النجوم والغاز والثقوب السوداء والمجرات والصخور والغبار، وأي شيء يمكننا اكتشافه بشكل مباشر – سيتبقى الكثير من الجاذبية. أيًا كان ما يسبب تلك الجاذبية، فهناك الكثير منها أكثر من المادة العادية. ما يصل إلى حوالي 85% من كتلة الكون عبارة عن مادة مظلمة.
نحن لا نعرف ما هي المادة المظلمة، ولكن هناك العديد من المرشحين المحتملين. أكسيونات هي المنافس الرئيسي. يُعتقد أن هذه الجسيمات الافتراضية تتصرف قليلاً مثل النيوترينوات، من حيث أنها لا تتفاعل كثيرًا مع المادة الطبيعية، مما يجعل اكتشافها صعبًا. ومع ذلك، فمن المتوقع أيضًا أن تتصرف مثل المادة المظلمة، لذلك يحرص علماء الفيزياء الفلكية على العثور على دليل على وجودها.
كان جالانتي وزملاؤه قد وجدوا سابقًا دليلاً على وجود جسيمات تشبه الأكسيونات في الضوء القادم من المجرات البعيدة، وهي مجرات نشطة للغاية تتوهج بالضوء. لكن ألمع انفجار لأشعة جاما على الإطلاق يمثل مختبرًا جديدًا للبحث عن المحاور.
وفقا لنموذج حديث لضوء الخلفية خارج المجرة، فإن فوتونات أشعة جاما عالية الطاقة التي تنتقل عبر مسافات كبيرة يجب أن تتفاعل مع ضوء الخلفية بقوة بحيث لا تتمكن من الوصول إلينا. وفقًا لحسابات الباحثين، فإن التفاعلات بين الفوتونات والأكسيونات يجب أن تجعل الفضاء بين المجرات أكثر شفافية للضوء عالي الطاقة.
لذلك، يقول الباحثون إن حقيقة اكتشاف LHAASO للفوتونات عند ما يصل إلى 18 تيرا إلكترون فولت يمكن أن تشكل أول اكتشاف غير مباشر للمحاور.
سيتطلب الاستنتاج الكثير من العمل قبل تأكيده، خاصة وأن بعض عمليات البحث الأخرى لم تتوصل إلى أي شيء. ولكن لدينا أماكن أخرى لنبحث فيها؛ على وجه الخصوص، قد تضخ النجوم النيوترونية محاور عصبية بمعدل غاضب.
سوف نثبتها بعد.
بحث الفريق متاح على arXiv.