كشفت عمليات محاكاة جديدة أن المادة المظلمة الموجودة بالقرب من مركز مجرتنا “مسطحة”، وليست مستديرة كما كان يعتقد سابقًا. قد يشير هذا الاكتشاف إلى أصل التوهج الغامض عالي الطاقة الذي حير علماء الفلك لأكثر من عقد من الزمن، على الرغم من أن هناك حاجة إلى مزيد من البحث لاستبعاد النظريات الأخرى.

“عندما أشار تلسكوب فيرمي الفضائي إلى مركز المجرة، قام بقياس عدد كبير جدًا من أشعة غاما.” موريتس ميكيل مورووقال الباحث في معهد لايبنيز للفيزياء الفلكية بوتسدام في ألمانيا وجامعة تارتو في إستونيا لموقع Live Science عبر البريد الإلكتروني. “تتنافس نظريات مختلفة لتفسير ما يمكن أن ينتج هذا الفائض، ولكن لا أحد لديه إجابة محددة حتى الآن.”

في وقت مبكر، والعلماء مقترح الذي قد يأتي منه التوهج المادة المظلمة تصادم الجزيئات وإبادة بعضها البعض. ومع ذلك، فإن الشكل المسطح للإشارة لم يتطابق مع الهالات الكروية المفترضة في معظم نماذج المادة المظلمة. أدى هذا التناقض إلى تفضيل العديد من العلماء تفسير بديل تتضمن النجوم النابضة بالميلي ثانية – وهي نجوم نيوترونية قديمة سريعة الدوران تنبعث منها أشعة جاما.

الآن، نشرت دراسة في 16 أكتوبر في المجلة رسائل المراجعة البدنية ويتحدى مورو الافتراض القديم حول شكل المادة المظلمة. باستخدام عمليات المحاكاة المتقدمة لل درب التبانةوجد مورو وزملاؤه أن المادة المظلمة بالقرب من مركز المجرة ليست مستديرة تمامًا، ولكنها مسطحة – تمامًا مثل إشارة أشعة جاما المرصودة.

لغز كوني مستمر

أشعة جاما هي الشكل الأكثر نشاطا للضوء. غالبًا ما يتم إنتاجها في بيئات الكون الأكثر تطرفًا، مثل الانفجارات النجمية العنيفة ودوامات المادة حول الثقوب السوداء. ومع ذلك، حتى بعد حساب المصادر المعروفة، وجد علماء الفلك باستمرار توهجًا غير مبرر يأتي من درب التبانة‘نتيجة.

أحد التفسيرات المقترحة هو أن الإشعاع ينشأ من المادة المظلمة، وهي المادة غير المرئية التي تشكل معظم كتلة الكون. تشير بعض النماذج إلى أن جسيمات المادة المظلمة يمكنها أحيانًا أن تتصادم معًا، وتحول جزءًا من كتلتها إلى دفقات من أشعة جاما.

وقال مورو: “نظرا لعدم وجود قياسات مباشرة للمادة المظلمة، فإننا لا نعرف الكثير عنها”. “إحدى النظريات هي أن جسيمات المادة المظلمة يمكن أن تتفاعل مع بعضها البعض وتفني. عندما يتصادم جسيمان، يطلقان الطاقة على شكل إشعاع عالي الطاقة.”

لكن هذه النظرية فقدت شعبيتها عندما فشل الشكل المسطح الذي يشبه القرص لأشعة جاما في التوافق مع الشكل المفترض لهالات المادة المظلمة، والتي يُعتقد أنها كروية.

إعادة النظر في شكل المادة المظلمة

شرع مورو وزملاؤه في إعادة النظر في الافتراض الأساسي القائل بأن المادة المظلمة في المجرة الداخلية يجب أن تكون كروية. باستخدام عمليات المحاكاة الحاسوبية عالية الدقة المعروفة باسم مجموعة HESTIA، والتي تعيد إنشاء مجرات تشبه درب التبانة داخل بيئة كونية واقعية، درس الفريق كيفية تصرف المادة المظلمة بالقرب من مركز المجرة.

ووجدوا أن عمليات الاندماج وتفاعلات الجاذبية السابقة يمكن أن تشوه توزيع المادة المظلمة، مما يؤدي إلى تسطيحها إلى شكل بيضاوي أو يشبه الصندوق – يشبه إلى حد كبير انتفاخ النجوم الذي شوهد في منتصف مجرتنا.

وقال مورو: “كانت النتيجة الأكثر أهمية التي توصلنا إليها هي إظهار أن سبب عدم تفضيل تفسير المادة المظلمة جاء من افتراض بسيط”. “لقد وجدنا أن المادة المظلمة بالقرب من المركز ليست كروية، بل إنها مسطحة. وهذا يقربنا خطوة أخرى من الكشف عن ماهية المادة المظلمة حقًا، وذلك باستخدام أدلة قادمة من قلب مجرتنا.”

تعني هذه الصورة المنقحة أن نمط أشعة جاما المتوقع من إبادة المادة المظلمة يمكن أن يبدو بشكل طبيعي مشابهًا جدًا لما لاحظه علماء الفلك. بمعنى آخر، ربما تم الاستهانة بتفسير المادة المظلمة، وذلك ببساطة لأن العلماء كانوا يستخدمون الشكل الخاطئ.

ماذا يأتي بعد ذلك

على الرغم من أن النتائج الجديدة تعزز الحجة القائلة بأن المادة المظلمة هي أصل إشارة أشعة جاما، إلا أنها لا تنهي النقاش. للتمييز بين المادة المظلمة والنجوم النابضة، يحتاج علماء الفلك إلى ملاحظات أكثر دقة.

وقال مورو: “المؤشر الواضح على التفسير النجمي هو اكتشاف ما يكفي من النجوم النابضة لتفسير توهج أشعة جاما”. “يتم بالفعل بناء تلسكوبات جديدة ذات دقة أعلى، مما قد يساعد في حل هذه المسألة.”

إذا كشفت الأدوات القادمة، مثل مصفوفة الكيلومتر المربع (SKA) ومصفوفة تلسكوب شيرينكوف (CTA)، عن العديد من المصادر الصغيرة الشبيهة بالنقاط في مركز المجرة، فإن ذلك سيفضل تفسير النجم النابض. وبدلاً من ذلك، إذا ظل الإشعاع سلسًا ومنتشرًا، فسيحظى سيناريو المادة المظلمة بالدعم.

وأشار مورو إلى أن “الدليل القاطع على المادة المظلمة سيكون بمثابة إشارة تطابق التوقعات النظرية بدقة”، مضيفًا أن مثل هذا التأكيد سيتطلب نمذجة محسنة وتلسكوبات أفضل. “حتى قبل الجيل التالي من الملاحظات، فإن نماذجنا وتوقعاتنا تتحسن بشكل مطرد. إحدى التوقعات المستقبلية هي العثور على أماكن أخرى لاختبار نظرياتنا، مثل المناطق المركزية للمجرات القزمة القريبة.”

لقد استمر لغز فائض أشعة جاما لأكثر من 10 سنوات، مع كل دراسة جديدة تضيف قطعة إلى اللغز. سواء كان التوهج يأتي من المادة المظلمة، أو النجوم النابضة، أو شيء غير متوقع على الإطلاق، فإن نتائج مورو تسلط الضوء على كيف أن بنية المجرة نفسها قد تحتوي على أدلة حيوية. من خلال إعادة تشكيل فهمنا للنواة المظلمة لمجرة درب التبانة، يقترب العلماء من الإجابة على أحد الأسئلة الأكثر عمقًا في الفيزياء الفلكية الحديثة: ما هي المادة المظلمة حقًا؟