وكما لاحظ الفيزيائي كومرون فافا ذات مرة، فإن الألغاز العلمية غالبًا ما تنشأ في أزواج، وحل أحدهما بشكل غير متوقع يؤدي إلى إزالة الآخر. وبهذه الروح اقترب علماء الفيزياء الفلكية من كندا من الدراسة. الأقزام البيضاء والمحاور – جسيمات افتراضية لطالما اعتبرت أحد المرشحين الرئيسيين لدور المادة المظلمة.

هذه دراسة حديثة من جامعة كولومبيا البريطانية نشرت في arXiv. يؤكد المؤلفون على الفور أنهم لم يعثروا على دليل على وجود المحاور. ومع ذلك، فإن عملهم سمح لهم بوضع قيد مهم يضيق نطاق الطرق الممكنة للبحث عن المادة المظلمة.

من أين تأتي الأكسيونات؟

ظهرت الأكسيونات نظريًا في أواخر السبعينيات. لقد تم اقتراحها في الأصل كحل أنيق لإحدى مشاكل فيزياء الكم المرتبطة بكسر التماثل بين المادة والمادة المضادة. تبين أن الجسيم مثالي تقريبًا للنظرية، ولكنه غير مريح للغاية للتجربة. كان من المفترض أن تحتوي الأكسيونات على كتل صغيرة وبالكاد تتفاعل مع أي شيء.

مع مرور الوقت، تلاشى الاهتمام بها، ولكن بعد ذلك عادت المحاور إلى دائرة الضوء في سياق مختلف. تظهر الأرصاد الفلكية أن حوالي 85% من المادة الموجودة في الكون هي مادة مظلمة. لا ينبعث منها ضوء ولا تتفاعل تقريبًا مع المادة العادية. هذه الخصائص تجعل المحاور تبدو كمرشح جيد بشكل مدهش.

لماذا يدرس العلماء النجوم الميتة؟

الأقزام البيضاء هي بقايا نجمية كثيفة، وهي نوى النجوم الميتة التي لم تعد تنتج الطاقة من خلال التفاعلات النووية الحرارية. وعلى الرغم من كتلتها الهائلة، إلا أنها لا تنهار تحت تأثير جاذبيتها بسبب ضغط انحلال الإلكترونات. ببساطة، لا يمكن للإلكترونات أن تكون في نفس الحالات الكمومية، وهذا يخلق مقاومة داخلية للضغط.

إن سلوك الإلكترونات هو الذي يجعل الأقزام البيضاء مثيرة للاهتمام للبحث عن المحاور. يشير عدد من النظريات إلى أن الإلكترونات سريعة الحركة يمكنها إنتاج هذه الجسيمات. إذا نشأت المحاور، فإنها تغادر النجم بسهولة، وتأخذ معها الطاقة. وهذا من شأنه أن يؤدي إلى التبريد السريع للقزم الأبيض.

اختبار الفرضيات

قام الباحثون بتحليل البيانات الأرشيفية من تلسكوب هابل وأجروا سلسلة من عمليات المحاكاة الحاسوبية. لقد قارنوا كيف يجب أن تبرد الأقزام البيضاء مع وبدون تبريد الأكسيونات. ثم تمت مقارنة النتائج مع ملاحظات النجوم في العنقود الكروي 47 Tucanae، حيث تتواجد هذه الأجسام بكثرة بشكل خاص.

لا يمكن اكتشاف التأثير المتوقع. تبرد الأقزام البيضاء في هذه المجموعة كما لو أن المحاور لم تشارك في العملية.

ووفقا للعلماء، فإن هذا العمل جعل من الممكن وضع حد جديد لاحتمال تفاعل الإلكترونات مع المحاور. ووفقا للحسابات، إذا حدثت مثل هذه العمليات، فإنها لا تحدث أكثر من مرة واحدة في تريليون.

وقال عالم الفيزياء الفلكية بول سوتر من جامعة جونز هوبكنز: “هذه النتيجة لا تستبعد تماما وجود المحاور، لكنها تشير إلى أنه من غير المرجح أن تتفاعل الإلكترونات والمحاور بشكل مباشر مع بعضها البعض”.

وقال إن هذا يعني أنه سيتعين على الفيزيائيين إيجاد طرق أكثر إبداعًا للكشف عن هذه الجسيمات.

حيث لا للبحث عن المادة المظلمة

ونتيجة لذلك، لعبت الأقزام البيضاء دور نوع من “النجوم الزومبي” التي لم تحيي الأمل في اكتشاف الأكسيونات، ولكنها أشارت إلى الأماكن التي لا جدوى من البحث عنها. وفي علم المادة المظلمة، لا يقل هذا قيمة عن النتيجة الإيجابية. كلما تم رسم حدود ما هو ممكن بدقة أكبر، كلما اقترب الباحثون من فهم ما يتكون منه الكون بالفعل.