أعلن علماء الفلك في جامعة طوكيو عن أول اكتشاف مباشر محتمل للمادة المظلمة باستخدام تلسكوب فيرمي الفضائي التابع لناسا. وحدد الفريق وجود أشعة جاما زائدة قادمة من مركز درب التبانة والتي يمكن تفسيرها بإبادة جزيئات المادة المظلمة. ونشرت الدراسة هذا الأسبوع في مجلة علم الكونيات وفيزياء الجسيمات الفلكية.
تم الحصول على الإشارات بعد تصفية جميع المصادر المعروفة لإشعاع غاما في المنطقة المرصودة. تُظهر الخريطة الناتجة توزيعًا متوافقًا مع هالة المادة المظلمة التي تنبأت بها النماذج الكونية الحالية.
قاد البحث البروفيسور تومونوري توتاني واستخدم 15 عامًا من البيانات التي جمعها تلسكوب فيرمي كبير المساحة.
كيف تم الكشف
وقام الباحثون بإزالة جميع الانبعاثات المعروفة من خريطة أشعة جاما، بما في ذلك النجوم النابضة وبقايا المستعرات الأعظم وقرص المجرة.
وما بقي كان عبارة عن إشارة منتشرة تبلغ ذروتها نحو مركز درب التبانة وامتدادها حوالي 100 درجة. ويتزامن هذا النمط مع التوزيع المتوقع لهالة المادة المظلمة المحيطة بالمجرة.
خصائص الإشارة المرصودة
تمتلك أشعة جاما الزائدة طاقات تتراوح بين 1 GeV و1 TeV. تكون الشدة أعظم في مركز المجرة وتتناقص تدريجيا مع المسافة. يتبع المظهر ما يسمى بتوزيع NFW، المتوقع لهالات المادة المظلمة التي تشكلت بسبب انهيار الجاذبية. وتتراوح كتلة الجسيم المرشح بين 30 و70 جيجا إلكترون فولت، وفقًا لحسابات الفريق.
فرضية إبادة الجسيمات
التفسير الأكثر ترجيحًا، وفقًا للمؤلفين، هو الإبادة المتبادلة لجسيمات المادة المظلمة من نوع WIMP (الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل). عندما تصطدم جسيمتان WIMPs، فإنهما تتحولان إلى أزواج من أشعة جاما عالية الطاقة.
وتحدث هذه العملية بشكل مستمر في الهالة المجرية، حيث تكون كثافة هذه الجسيمات أكبر. ويعتمد معدل الإبادة على مربع الكثافة المحلية، وهو ما يفسر التوهج الأكثر كثافة الذي لوحظ باتجاه مركز درب التبانة.
الاحتمالات الأخرى، مثل النجوم النابضة غير المحددة أو العمليات الفيزيائية الفلكية غير المعروفة، لم يتم استبعادها بالكامل بعد.
الخطوات التالية للبحث
يقوم المجتمع العلمي الآن بإجراء تحليلات مستقلة لنفس بيانات فيرمي لتأكيد أو دحض التفسير. سيكون للمراصد مثل CTA (مصفوفة تلسكوب شيرينكوف)، قيد الإنشاء، حساسية أكبر للتحقق من الإشارة عند الطاقات الأعلى.
وإذا تم تأكيد هذا الاكتشاف، فسوف يمثل أول دليل مباشر على وجود جسيم يتجاوز النموذج القياسي للفيزياء. وستكون البيانات أيضًا قادرة على تقييد معاملات الكتلة والمقطع العرضي للمرشحين للمادة المظلمة.
أهمية المادة المظلمة في علم الكونيات
تمثل المادة المظلمة حوالي 27% من إجمالي كثافة الطاقة في الكون، وفقًا لقياسات القمر الصناعي بلانك. يتم الاستدلال على وجودها من خلال تأثيرات الجاذبية في المجرات والتجمعات، بالإضافة إلى التقلبات في الخلفية الكونية الميكروية.
على الرغم من أنه تم اكتشافه بشكل غير مباشر منذ الثلاثينيات من قبل فريتز زويكي، إلا أنه لم يتم ملاحظته من خلال تفاعل آخر غير الجاذبية حتى الدراسة الحالية.
ومن شأن التحديد المباشر أن يمهد الطريق للتجارب في المسرعات وأجهزة الكشف تحت الأرض التي تبحث عن نفس الجسيمات.
البيانات الفنية للمراقبة
- الفترة التي تم تحليلها: من 2008 إلى 2023 (15 عامًا من عملية فيرمي)
- المنطقة المرصودة: ±50 درجة في خط الطول المجري و |b| <20 درجة في خط العرض
- طاقة الفوتون: 0.3 GeV إلى 1 TeV
- الأهمية الإحصائية للفائض: أكبر من 10 سيجما بعد الطرح من المصادر المعروفة
