هل تكمن المادة المظلمة في جسيمات خفيفة جدًا؟🤔

لاحظ علماء الفلك ظاهرتين غريبتين بالقرب من قلب مجرتنا، تواجه التفسيرات الحالية صعوبة في تفسيرها. 🔭 تُظهر ورقة بحثية جديدة كيف يمكن لجسيم افتراضي أن يكون السبب الكامن وراء كليهما، وربما يُحقق حتى مهمة العثور على المادة المظلمة! ✨ إذا كان مؤلفو الدراسة محقين، فإن المشكلة تكمن في أننا كنا نبحث عن المادة المظلمة التي هي خفيفة للغاية بالنسبة لنا.

قال الدكتور شياام بالاجي من كلية الملك في لندن في بيانٍ: “في مركز مجرتنا توجد سحب ضخمة من الهيدروجين موجب الشحنة، وهي لغزٌ لأصحاب العلوم لعقودٍ، لأنه عادةً ما يجب أن تبقى الغازات متعادلة. إذن، ما الذي يُمدّ بالقدر الكافي من الطاقة ليُخرِج الإلكترونات سالبة الشحنة منها؟” 🧐

في البداية، نسب الفيزيائيون التأين إلى الأشعة الكونية، لكن قياسات أخرى تشير إلى عدم كفاية عددها للقيام بالمهمة. بحث بالاج وزملاؤه عن بديل. كما لاحظوا الكشف المتكرر عن أشعة غاما ذات طاقة 511 إلكترون فولت قادمة من التجمع المجري. هذه هي الإشعاع الناتج عن اضمحلال أزواج الإلكترونات والبوزيترونات، حيث تُحوّل كتلة كل منهما إلى طاقة، لكن مصدر هذه الأزواج غير معروف. 🤔

لاحظ بالاجي وزملاؤه أن أزواج الإلكترون-بوزيترون يمكن أن تُؤيّن الهيدروجين، لذا فإن مصدرًا مناسبًا لأزواج الإلكترون والبوزيترون قد يفسر كلا الملاحظتين. ربما تصطدم بعض الجسيمات دون الذرية في المناطق الداخلية المزدحمة من المجرة وتُنتج أزواجًا من الإلكترون والبوزيترون! بعض هذه الأزواج يسير لكي يُؤيّن الهيدروجين، بينما يواجه البعض الآخر بعضه بعضًا، مُنتجًا ضوءًا طوله الموجة 511 إلكترون فولت في التلاشي. 🤯

يعتقد المؤلفون أننا نستطيع استبعاد جميع الجسيمات المعروفة باعتبارها السبب. إذا كانت الجسيمات المسؤولة تمتلك كتلة، فسوف تفسر بعض – وربما كل – المادة المظلمة التي يطاردها العلماء لعقود. 🔬

قدم الفريق أدلةً على أن فكرتهم مُحتملة، حيث نظر في الخصائص المطلوبة من الجسيم ليكون مسؤولاً بشكلٍ غير مباشر عن إنتاج الأزواج المناسب. وجدوا تداخلًا حيث يمكن لجسيمٍ له نطاق ضيق من الخصائص القيام بالاثنين معًا. ويقولون إن هذه الجسيمات ستكون نوعًا من المادة المظلمة الخفيفة، إذا كانت حقيقية. 🤔

إذا كنت تتساءل كيف يمكن للمادة أن تكون خفيفة وداكنة في نفس الوقت، فمن الصحيح أن الفيزيائيين قد اكتشفوا أشياء غريبة، ولكن في هذه الحالة، تكمن المشكلة في اللغة الإنجليزية، وليس في الواقع. تُسمى المادة المظلمة بهذا الاسم لأنها لا تتفاعل مع القوة الكهرومغناطيسية، وبالتالي لا تُصدر أي ضوء. أما المادة المظلمة الخفيفة، فسيكون لها طبيعة مظلمة مماثلة، ولكنها تتكون من جسيمات ذات كتلة منخفضة. “خفيفة” هنا تعني خفيفة الوزن، وليس مظلمة. 😉

ستكون لجسيمات هذه المادة تقريباً جزء من الألف من كتلة الجسيمات الضخمة الضعيفة التفاعل. سيكون هناك حاجة إلى عدد هائل منها لشرح الكميات الهائلة من المادة المظلمة اللازمة لفهم كيفية دوران المجرات. 💫

قال بالاجي: “يجب أن تكون جسيمات المادة المظلمة هذه منتشرة في جميع أنحاء الكون، تمامًا مثل مرشحين المادة المظلمة الآخرين. ومع ذلك، لا يُلاحظ تأثيرها إلا في المناطق التي تكون فيها المادة المظلمة أكثر تركيزًا، مثل مركز درب التبانة. نظرًا لأن معدل الإلغاء يعتمد على الكثافة تربيع، فمن المرجح أن تتفاعل جسيمات المادة المظلمة في المناطق ذات الكثافة العالية، مما يجعل المنطقة الجزيئية المركزية (CMZ) مكانًا طبيعيًا للبحث عن تأثيرها.”

قد تكون الجسيمات الخفيفة هذه أيضًا أصعب في الكشف باستخدام الطرق الحالية مقارنةً بالمرشحين الأقدم مثل WIMPS والأكسونات. 🤔

حتى دون العثور على مثل هذه الجسيمات على الأرض وتأكيد خصائصها، هناك ثلاث طرق على الأقل لاختبار هذه الفكرة:

• خرائط تأين أكثر تفصيلاً.
• البحث عن الانبعاثات الثانوية.
• التلسكوبات القادمة.

قال بالاجي: “إذا تطابقت معدلات التأين في المنطقة المركزية للكون مع التوزيع المتوقع للمادة المظلمة، فإن ذلك سيعزز الحالة. إذا كانت هذه الجسيمات موجودة، فيجب أن تترك آثاراً خفية على شكل إشارات ضعيفة من أشعة غاما أو أشعة إكس من العمليات الثانوية”. “سيتمكن تلسكوب ناسا الفضائي COSI، المقرر إطلاقه في عام 2027، من اكتشاف العمليات الفلكية على نطاق MeV، والتي يمكن أن تقدم أدلة مؤيدة أو رافضة لهذه الفرضية”.

للمزيد من التفاصيل، راجع الدراسة المنشورة في Physical Review Letters.

المصدر: IFLScience