حالياً، يُعتبر الأكسيون هو المرشح الأكثر احتمالاً ليكون مادة مظلمة، وهو جسيم افتراضي منخفض الكتلة تم اقتراحه في السبعينيات لحل المشكلات في نظرية الكم. لقد تم إجراء أبحاث كبيرة أيضاً حول كيفية تمكن الفلكيين من اكتشاف الأكسيونات من خلال مراقبة النجوم النيوترونية والأجسام ذات الحقول المغناطيسية القوية. في دراسة حديثة مدعومة من وزارة الطاقة الأمريكية، جادل فريق من علماء الفيزياء الفلكية في جامعة كاليفورنيا في بيركلي بأن الأكسيونات يمكن اكتشافها خلال ثوانٍ من رصد أشعة غاما الناتجة عن انفجار نجم سوبرنوفا قريب.

أُجريت الدراسة من قبل باحثين في مركز بيركلي للفيزياء النظرية (BCTP) وعضو في مجموعة الفيزياء النظرية التابعة لمختبر لورانس بيركلي الوطني (LBNL). نُشر البحث الذي يصف نتائجهم في 19 نوفمبر في مجلة رسائل مراجعة الفيزياء. كما يجادلون، فإن الأكسونات ستُنتج بكميات كبيرة خلال أول 10 ثوانٍ بعد أن ينهار نجم ضخم في قلبه ويصبح نجم نيوتروني. ثم ستهرب هذه الأكسونات وتتحول إلى أشعة غاما عالية الطاقة في المجال المغناطيسي القوي للنجم.

على مدى عقود، كان البحث عن المادة المظلمة يركز على الأجسام الضخمة المدمجة في الهالة (MACHOs). عندما فشلت تلك الأجسام في الظهور، بدأ الفيزيائيون في اعتبار الجسيمات الضخمة ذات التفاعل الضعيف (WIMPs) كأنسب مرشح ولكنهم أيضًا فشلوا في العثور على أي شيء ملموس. أدى ذلك إلى أن تصبح الأكسيونات المرشح الأكثر قبولًا، وهو جسيم أولي يتناسب مع النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ويحل العديد من الأسئلة غير المحلولة في ميكانيكا الكم – بما في ذلك نظرية كل شيء (ToE).

أقوى مرشح للأكسيونات هو أكسيون الكروموديناميكا الكمومية (QCD)، الذي يتفاعل نظريًا مع جميع المواد، على الرغم من أن هذا التفاعل ضعيف. كما أظهرت أبحاث سابقة، فإن الأكسيونات ستتحول أحيانًا إلى فوتونات في وجود حقل مغناطيسي قوي يمكن اكتشافه. ومع ذلك، ستكون مثل هذه الاكتشافات تحديًا كبيرًا لأنها تتطلب أن تكون المستعرات العظمى قريبة (داخل مجرة درب التبانة أو إحدى مجراتها القمرية). بالإضافة إلى ذلك، فإن المستعرات العظمى القابلة للرصد نادرة، تحدث مرة كل بضعة عقود.

<>

آخر مرة راقب فيها علماء الفلك هذه الظاهرة كانت في عام 1987 عندما ظهرت سوبرنوفا من النوع الثاني (SN1987A) فجأة في السحابة ماجلانية الكبرى (LMC)، على بُعد حوالي 168,000 سنة ضوئية من الأرض. في ذلك الوقت، كانت مهمة الحد الأقصى للشمس (SMM) التابعة لناسا تراقب السحابة ماجلانية الكبرى، لكنها لم تكن حساسة بما يكفي لاكتشاف شدة أشعة غاما المتوقعة. أوضح بنجامين سافدي، الأستاذ المساعد في الفيزياء بجامعة كاليفورنيا في بيركلي، والمعد الرئيسي لورقة بحثية، في بيان حديث من جامعة كاليفورنيا في بيركلي:

“إذا رأينا سوبرنوفا، مثل سوبرنوفا 1987A، باستخدام تلسكوب غاما-ray الحديث، سنكون قادرين على اكتشاف أو استبعاد هذا الأكسون QCD، هذا الأكسون الأكثر إثارة للاهتمام، عبر الكثير من فضاء معاييره – بشكل أساسي كل فضاء المعايير الذي لا يمكن استكشافه في المختبر، والعديد من فضاء المعايير الذي يمكن استكشافه في المختبر أيضًا. وكل ذلك سيحدث في غضون 10 ثوانٍ.”

<>

من خلال سلسلة من محاكيات الحواسيب العملاقة التي استخدمت SN1987A لتقييد الأكسيونات ذات الكتلة الأعلى، حدد سافدي وزملاؤه أن المستعرات العظمى من النوع الثاني تنتج في الوقت نفسه دفعات من أشعة غاما والنيترينوات. كما أشاروا إلى أن أشعة غاما المنتجة ستعتمد على كتلة الأكسيونات وستستمر فقط لمدة 10 ثوانٍ بعد تشكيل النجم النيوتروني. بعد ذلك، ستنخفض معدل الإنتاج بشكل كبير. وهذا يعني أنه يجب توجيه تلسكوب فضائي لأشعة غاما نحو المستعر الأعظم في الوقت المناسب تمامًا.

<>

تلسكوب فيرمي لقياس أشعة غاما الفضائي [[LINK16]] هو حالياً المرصد الوحيد القادر على اكتشاف مصادر أشعة غاما الكونية. بناءً على مجال رؤيته، يقدر العلماء أن فيرمي لديه فرصة واحدة من كل عشرة لرصد سوبرنوفا. ولهذا الغرض، يقترح الفريق إنشاء تلسكوب أشعة غاما من الجيل التالي يعرف باسم أداة المحور الجالي [[GALAXIS]]. قال صفدي:

”
<>

“لقد جعلنا هذا نفكر حقًا في النجوم النيوترونية كأهداف مثالية للبحث عن الأكسونات كمختبرات للأكسونات. النجوم النيوترونية لديها الكثير من المزايا. إنها أجسام ساخنة للغاية. كما أنها تحتوي على مجالات مغناطيسية قوية جدًا. أقوى المجالات المغناطيسية في كوننا توجد حول النجوم النيوترونية، مثل المغناطيسات، التي تمتلك مجالات مغناطيسية أقوى بعشرات المليارات من المرات مقارنة بأي شيء يمكننا بناؤه في المختبر. هذا يساعد في تحويل هذه الأكسونات إلى إشارات قابلة للرصد.”

<>

كما يلاحظون، فإن الكشف عن أشعة غاما مرة واحدة سيمكن من تحديد كتلة الأكسيون عبر نطاق واسع من الكتل النظرية وسيسمح بالتجارب المعملية لإعادة تركيز جهودها على تأكيد هذه الكتلة. حتى عدم الكشف سيعني أن العلماء يمكنهم استبعاد نطاق واسع من الكتل المحتملة للأكسيون، مما سيضيق البحث عن المادة المظلمة بشكل كبير. في هذه الأثناء، يأمل صفدي وزملاؤه أن يلتقط تلسكوب فيرمي فرصة محظوظة.

“أفضل سيناريو للأكسيونات هو أن يلتقط فيرمي سوبرنوفا”، أضاف. “فقط أن فرصة حدوث ذلك صغيرة. ولكن إذا رآه فيرمي، سنكون قادرين على قياس كتلته. سنكون قادرين على قياس قوة تفاعله. سنكون قادرين على تحديد كل ما نحتاج لمعرفته عن الأكسيون وسنكون واثقين بشكل لا يصدق من الإشارة لأنه لا يوجد مادة عادية يمكن أن تخلق مثل هذا الحدث.”

قراءة إضافية: أخبار جامعة كاليفورنيا في بيركلي, رسائل مراجعة الفيزياء