بقلم ويل دنهام
واشنطن (رويترز) – ربما يقترب العلماء من تأكيد وجود المادة المظلمة – وهي المادة غير المرئية التي يعتقد أنها تشكل أكثر من ربع الكون – أثناء دراستهم للتوهج المنتشر لأشعة جاما بالقرب من مركز مجرتنا.
كل شيء مرئي في الكون يتكون من مادة عادية، من النجوم والكواكب إلى البشر وأغطية الإطارات والتاكو. يمكن رؤية المادة العادية في الأطوال الموجية من الأشعة تحت الحمراء إلى الضوء المرئي وأشعة جاما، ولكنها لا تشكل سوى حوالي 5٪ من الكون. يبدو أن المادة المظلمة، التي لا تمتص أو تعكس أو تبعث أي ضوء، تشكل حوالي 27% من الكون، مع مكون غامض آخر يسمى الطاقة المظلمة يمثل النسبة المتبقية البالغة 68% تقريبًا.
العلماء واثقون من أن المادة المظلمة موجودة بسبب تأثيرات الجاذبية على نطاق واسع في الكون. وبسبب طبيعته، كان من الصعب إثبات وجوده. لكن الأبحاث التي أجريت على فائض من أشعة جاما التي تم رصدها ورسمها بواسطة تلسكوب فيرمي لأشعة جاما الفضائي عبر مساحة شاسعة بالقرب من قلب درب التبانة تقدم وعدًا بتقديم تأكيد طال انتظاره.
لقد قدم العلماء تفسيرين متنافسين لانبعاثات أشعة جاما هذه.
الأول هو أنها ناجمة عن تصادم جزيئات المادة المظلمة المتجمعة في هذه المنطقة المجرية. والآخر هو أنها ناجمة عن فئة من النجوم النيوترونية – النوى الكثيفة المنهارة للنجوم الضخمة بعد وفاتها – تسمى النجوم النابضة بالميلي ثانية والتي تنبعث الضوء عبر الطيف الكهرومغناطيسي أثناء دورانها مئات المرات في الثانية.
لقد قام تحليل جديد شامل يتضمن عمليات محاكاة متقدمة بتقييم مزايا هذه الفرضيات المتنافسة، معتبرا أنها محتملة بنفس القدر. وأظهرت الدراسة أن أشعة جاما الناتجة عن اصطدام جسيمات المادة المظلمة ستنتج نفس إشارة أشعة جاما التي رصدها القمر الصناعي فيرمي.
وقال عالم الكونيات جوزيف سيلك من جامعة جونز هوبكنز في ميريلاند ومعهد الفيزياء الفلكية في باريس/جامعة السوربون، وأحد مؤلفي الدراسة التي نشرت يوم الخميس في دورية “فيزيكال ريفيو ليترز”: “إن فهم طبيعة المادة المظلمة التي تنتشر في مجرتنا والكون بأكمله هو أحد أكبر المشاكل في الفيزياء”.
وأضاف سيلك: “النتيجة الرئيسية الجديدة التي توصلنا إليها هي أن المادة المظلمة تتوافق مع بيانات أشعة جاما على الأقل وكذلك فرضية النجم النيوتروني المنافس. لقد قمنا بزيادة احتمالات اكتشاف المادة المظلمة بشكل غير مباشر”.
وقال الباحثون إن أقوى تلسكوب أرضي لأشعة جاما في العالم – مرصد مصفوفة تلسكوب شيرينكوف، قيد الإنشاء الآن في تشيلي – قد يكون قادرًا على تقديم إجابة من خلال التمييز بين انبعاثات أشعة جاما من هذين المصدرين. ومن الممكن أن يصبح جاهزًا للعمل بحلول عام 2026.
قال عالم الفيزياء الفلكية والمؤلف الرئيسي للدراسة موريتس ميكيل مورو Moorits Mihkel Muru من جامعة تارتو ومعهد لايبنيز للفيزياء الفلكية بوتسدام: “نظرًا لأن المادة المظلمة لا تبعث الضوء أو تحجبه، فلا يمكننا اكتشافها إلا من خلال تأثيرات الجاذبية على المادة المرئية. وعلى الرغم من عقود من البحث، لم تكتشف أي تجربة حتى الآن جسيمات المادة المظلمة بشكل مباشر”.
وقد لوحظت الزيادة في أشعة جاما في منطقة تمتد عبر أعمق 7000 سنة ضوئية من المجرة. السنة الضوئية هي المسافة التي يقطعها الضوء في سنة، وهي 5.9 تريليون ميل (9.5 تريليون كيلومتر). وتقع هذه المنطقة على بعد حوالي 26000 سنة ضوئية من الأرض.
تظهر أشعة جاما أصغر الأطوال الموجية وأعلى طاقة لأي من موجات الطيف الكهرومغناطيسي. لماذا قد تكون أشعة جاما دليلا على المادة المظلمة؟ يُشتبه في أن جسيمات المادة المظلمة تفنى تمامًا عندما تصطدم، حيث تولد هذه الاصطدامات أشعة غاما كمنتج ثانوي.
يُعتقد أن مجرة درب التبانة قد تشكلت نتيجة لانهيار سحابة ضخمة من المادة المظلمة والمادة العادية تحت قوة الجاذبية.
وقال سيلك: “لقد بردت المادة العادية وسقطت في المناطق الوسطى، وسحبت معها بعض المادة المظلمة أثناء الرحلة”. “تتفرد أبسط فرضيات المادة المظلمة بحقيقة أن جسيمات المادة المظلمة يُعتقد أنها جسيمات مضادة خاصة بها وتفني تمامًا عندما تتصادم. فقط البروتونات والبروتونات المضادة تفعل شيئًا مشابهًا لإنتاج أشعة جاما النشطة، والبروتونات المضادة نادرة للغاية.”
لكن التوهج يمكن أيضًا أن ينتج عن الانبعاث الجماعي لآلاف من النجوم النابضة بالميلي ثانية التي لم يتم رصدها حتى الآن. وأكد القمر الصناعي فيرمي أن مثل هذه الأجسام هي مصادر لأشعة جاما يمكن أن تفسر التوهج في هذه المنطقة.
(تقرير بقلم ويل دونهام، تحرير روزالبا أوبراين)