“`html
قد يُحل لغز المادة المظلمة في غضون عشر ثوانٍ فقط.
عندما تنفجر السوبرنوفا القريبة التالية، قد يُشاهد أي تلسكوب أشعة غاما يُوجّه نحو الاتجاه الصحيح أكثر من مجرد عرض ضوئي – فقد يؤكد بسرعة وجود أحد أكثر المرشحين الواعدين للمادة المظلمة.
يتنبأ علماء الفيزياء الفلكية في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، بأنه في غضون العشر ثواني الأولى من انفجار السوبرنوفا، يمكن إطلاق ما يكفي من الجسيمات النظرية المُسمّاة “الأكسونات” لإثبات وجودها في ومضة نسبية.
نظرًا للسنوات التي قد تستغرقها فرصة العثور على عدد مُقنع من خلال وسائل أخرى، فإن التقاط هبة الأكسونات في انهيار نجم قريب سيكون كالفوز باليانصيب الفيزيائي.
“`
بالتأكيد، يتطلب هذا الكشف وجود تلسكوب أشعة غاما يراقب محيط مثل هذا الانفجار في الوقت المناسب الصحيح. حاليًا، يقع هذا الواجب حصريًا على تلسكوب الفضاء فرمي، والذي لا يزال لديه احتمال واحد من عشرة فقط لالتقاط العرض.
لذلك، يقترح الباحثون إطلاق جهاز GALactic AXion Instrument for Supernova (GALAXIS) – أسطول من الأقمار الصناعية لأشعة غاما التي يمكنها مراقبة 100 بالمائة من السماء في جميع الأوقات. قد يكون اكتشاف أو عدم وجود الأكسونات أثناء المستعر الأعظم نتائج قيّمة على حد سواء، لكن هناك ضغط زمني.
يقول بنجامين سفدي، أستاذ مشارك في الفيزياء بجامعة كاليفورنيا، بيركلي: “أعتقد أننا جميعًا في هذه الورقة نشعر بالتوتر من حدوث مستعر أعظم آخر قبل امتلاكنا للأدوات المناسبة.”
“سيكون من المؤسف حقًا لو حدث مستعر أعظم غدًا وفوتنا فرصة اكتشاف الأكسون – فقد لا يعود بعد خمسين عامًا.”
تم طرح فرضية جسيمات الأكزيون لأول مرة في سبعينيات القرن الماضي كحل محتمل لمشكلة فيزيائية لا علاقة لها بمادة الظلام، وهي مشكلة قوة الشحنة المُعاكسة القوية. ومن المتوقع أن يكون لهذه الجسيمات كتلة صغيرة للغاية، وعدم وجود شحنة كهربائية، وأن تكون وفيرة للغاية في جميع أنحاء الكون.
لم يكن إلا لاحقًا أن أدرك بعض الفيزيائيين الآخرين بعض خصائصها – مثل طريقة تجمعها، وتفاعلها مع المادة الأخرى في الغالب عبر الجاذبية – مما جعلها مرشحة جيدة للمادة المظلمة. والأهم من ذلك، أن إحدى الخصائص المتوقعة يمكن أن تجعلها قابلة للكشف.
في الحقول المغناطيسية القوية، يجب أن تتحلل الأكسونات أحيانًا إلى فوتونات، لذا فإن الكشف عن ضوء إضافي بالقرب من هذه الحقول يمكن أن يكشف عنها. لقد كانت هذه هي أساس التجارب المخبرية والرصدات الفلكية لعقود، مما سمح للعلماء بتحديد نطاق كتلة الأكسونات المحتملة.
نجوم النيوترون من بين أكثر الأماكن الواعدة للبحث عنها. يجب أن تنتج فيزيائها المكثفة كميات هائلة من الأكسونات، وحتى أفضل، يجب أن تحول الحقول المغناطيسية القوية بعضها إلى فوتونات قابلة للكشف.
في الورقة الجديدة [[LINK8]]، يحسب فريق جامعة كاليفورنيا، بيركلي، أن أفضل وقت للعثور على الأكسونات حول نجم نيوتروني [[LINK9]] قد يكون في ولادته – عندما ينفجر نجم ضخم كسوبرنوفا. تشير المحاكاة الجديدة إلى أن انفجارًا من الأكسونات سيتم إنتاجه خلال أول 10 ثوانٍ بعد انهيار النجم، وقد يكشف الانفجار الناتج من أشعة غاما عن الكثير من التفاصيل.
حسب الفريق أن نوعًا معينًا من الأكسونات، يُسمى أكسون ديناميكا الكروموديناميكا (QCD)، سيكون قابلًا للكشف عن طريق هذه الطريقة إذا كان له كتلة أعلى من 50 ميكروإلكترون فولت، وهو ما يُعادل فقط [[LINK10]] واحدًا من 10 مليارات من كتلة الإلكترون.[[LINK10]]
إذا تبين أن الأكسونات موجودة، فقد تكون واحدة من أصغر الجسيمات المفيدة التي تم العثور عليها على الإطلاق. في خطوة واحدة، يمكن أن تساعدنا على كشف المادة المظلمة، ومشكلة CP القوية، نظرية الأوتار، وعدم التوازن بين المادة والمادة المضادة [[LINK12]].
الفرضية جاهزة للاختبار – الآن علينا فقط الانتظار حتى حدوث مستعر أعظم قريب. قد يحدث ذلك اليوم، أو في عقد آخر من الزمن، وإذا كان تلسكوب فيرمي يراقب المنطقة الصحيحة من السماء، فيمكننا الإجابة على بعض أكثر الأسئلة العلمية عمقًا خلال ثوانٍ.
“سيناريو أفضل الحالات للأكسونات هو أن يلتقط فيرمي مستعرًا أعظمًا”، يقول سفدي.
“فرصة حدوث ذلك ضئيلة. ولكن إذا رصد فيرمي ذلك، فسوف نتمكن من قياس كتلته. وسوف نتمكن من قياس قوة تفاعله. وسوف نتمكن من تحديد كل ما نحتاج إلى معرفته عن الأكسون، وسيكون لدينا ثقة كبيرة في الإشارة لأن لا يوجد مادة عادية يمكن أن تخلق مثل هذا الحدث.”
وقد نُشرت الدراسة في مجلة رسائل مراجعة الفيزياء.