لقد لاحظ العلماء منذ فترة طويلة انبعاثًا غير عادي لأشعة جاما عالية الطاقة في المنطقة الوسطى من مجرتنا. ويظل أصلها أحد أكبر ألغاز الفيزياء الفلكية الحديثة. تشرح إحدى الإصدارات هذا التأثير بتأثير المادة المظلمة، وهي مادة غامضة يعتقد أنها تشكل حوالي ربع الكتلة الإجمالية للكون.

اقترح باحثون من معهد لايبنيز للفيزياء الفلكية بوتسدام (ألمانيا) نموذجًا جديدًا يتم فيه توزيع المادة المظلمة ليس كسحابة كروية، بل كقرص مسطح قليلاً. وهذا يمكن أن يفسر “الضوء الزائد” المرصود ويجعل علماء الفلك أقرب إلى كشف هذه الظاهرة. وذكرت المجلة هذا عالم الفيزياء.

المادة المظلمة ودورها

تعمل المادة المظلمة على ربط المجرات معًا وتشكيل بنية الكون، لكنها لا تتفاعل مع الضوء العادي أو الأنواع الأخرى من الإشعاع الكهرومغناطيسي. أويرى علماء الفلك ذلك فقط من خلال تأثير جاذبيته على النجوم والغاز وسحب الغبار الغازي.

يقول جوزيف سيلك، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة جونز هوبكنز، والذي شارك في قيادة الدراسة مع موريتس ميكيل مورو: “قد توفر أشعة جاما، وخاصة الضوء الزائد في مركز درب التبانة، الأدلة الأولى حول طبيعة المادة المظلمة”.

المشكلة مع النماذج المبسطة

في السابق، تم تصميم المادة المظلمة على أنها سحابة متماثلة تمامًا، مما أدى إلى تبسيط الحسابات ولكنه تجاهل التفاصيل المهمة. ويشير مورو إلى أن التوزيعات الفعلية قد تكون غير متماثلة ومسطحة قليلاً، وهذا أمر بالغ الأهمية لشرح إشعاع جاما المرصود. وفي مركز المجرة، تكون كثافة جسيمات المادة المظلمة عالية بشكل خاص. وتشير بعض النماذج إلى أن الجسيمات قد تكون مادة مضادة خاصة بها، وعندما تلتقي تفني، وتطلق طاقة على شكل أشعة جاما. هذا التفاعل يخلق “زيادة الضوء” الملحوظة. ونشرت نتائج هذه الدراسة الأخيرة في المجلة رسائل المراجعة البدنية.

الجسيمات المضادة هي آثار للمادة المظلمة؟

يوضح بيير سالاتي، الأستاذ الفخري في جامعة سافوا مونت بلانك، أن الفناء يمكن أن ينتج بروتونات مضادة، وبوزيترونات، ومضادات الديوترونات، والتي يمكن أن تكون دليلاً على وجود المادة المظلمة.

ويقول: “هذه الجسيمات نادرة، لكن يمكن اكتشافها من خلال عمليات الرصد الفضائية. ويجب أن تكون الحسابات متسقة مع البيانات المتعلقة بالتخليق النووي بعد الانفجار الكبير، حيث تختبر نسب العناصر مدى معقولية النماذج”.

فرص المراقبة الجديدة

وتقول سيلفيا مانكوني، من مختبر الفيزياء النظرية والطاقة العالية في فرنسا، إن البحث ملهم. إنها تحذر من ذلك قد يكون الواقع أكثر تعقيدًا من أي نموذج، لكنه يلاحظ أن العمل الجديد يحسن الدقة المكانية لعمليات المحاكاة. ليس معروفًا بعد كيف سيبدو التوزيع المسطح للمادة المظلمة في بيانات تلسكوب فيرمي لأشعة جاما وكيف يمكن مقارنته بتوزيع النجوم القديمة. يمكن للتلسكوبات الراديوية الجديدة مثل MeerKat وFAST اكتشاف النجوم النابضة سوف يساعد في استبعاد التفسيرات البديلة.

مستقبل البحث

يؤكد مورو على أن اختبار الفرضيات يتطلب ملاحظات دقيقة ونمذجة محسنة.

ويقول: “المادة المظلمة لا تبعث الضوء ولا تحجبه، وعلى الرغم من عقود من البحث، إلا أننا لم نعثر بعد على جزيئات منها”.

تلسكوبات أشعة جاما الجديدة، بما في ذلك مصفوفة تلسكوب شيرينكوف, سيساعد في تحديد ما إذا كان “الضوء الزائد” ناتجًا عن الإبادة أو عن مصادر أخرى. ويخطط الباحثون أيضًا لدراسة المجرات القزمة التي تدور حول درب التبانة للتنبؤ بمكان وجود المادة المظلمة.

ويضيف سيلك: “ربما نؤكد إحدى الفرضيات، أو ربما لن نجد شيئا، وعندها يصبح الغموض أكثر صعوبة”.

يفتح عمل الفريق آفاقًا جديدة للمراقبة، ويقدم اختبارات ملموسة للفرضيات ويوسع فهم دور المادة المظلمة في تكوين المجرات. تقرب هذه الدراسات علماء الفلك من أحد أكثر ألغاز الكون غموضًا وتوفر فرصة لربط النماذج الكونية بشكل مباشر بإشارات حقيقية يمكن ملاحظتها.