تبحر أشعة غاما - وهي ألمع وأقوى ضوء في الكون - عبر السماء غير مرئية للعين البشرية. تنطلق هذه الاندفاعات النشطة للغاية من الإشعاع من انفجارات السوبرنوفا ، وتنبعث من النجوم النيوترونية المتصادمة ، وتنبعث من الثقوب السوداء الجائعة.
عندما يتمكن الفلكيون من الإمساك بهم بمقاريب أشعة غاما ، تشير هذه الألعاب النارية غير المرئية إلى بعض أكثر الهياكل انفجارًا في الكون. الآن ، يأمل فريق دولي من الباحثين أن تؤدي هذه الأشعة القوية إلى شيء أكثر غرابة وأكثر مراوغة - المادة غير المرئية المعروفة باسم المادة المظلمة.
في دراسة جديدة مقبولة للنشر في مجلة Physical Review Letters ، ومفصلة في قاعدة بيانات arXiv لما قبل الطباعة ، نظر الباحثون إلى ما يسمونه "خلفية أشعة غاما غير المحسومة" - أي ، كل أشعة غاما الخافتة والغامضة الإشارات المتبقية بعد حساب المصادر المعروفة مثل الثقوب السوداء والمستعرات الأعظمية. عندما قارن الفريق خريطة لأشعة جاما غير محلولة مع خريطة لكثافة المادة في نفس القسم من الكون ، وجدوا أن الأشعة تتماشى بدقة مع مناطق الجاذبية الكبيرة حيث كان من المتوقع أن تختفي المادة المظلمة.
وفقًا للمؤلف المشارك في الدراسة دانييل جروين ، تشير هذه العلاقة إلى أن المادة المظلمة قد تكون مسؤولة إلى حد كبير عن خلفية أشعة غاما الكونية. إذا كان هذا هو الحال ، فقد يمنح الفلكيين بعض الأدلة الحيوية حول خصائص المادة الغامضة.
قال جروين ، عالم الفلك في مختبر SLAC التابع لوزارة الطاقة في جامعة ستانفورد في كاليفورنيا ، لـ Live Science: "المادة المظلمة يمكن أن تتحلل مثل نواة مشعة ، وتنتج أشعة جاما كما تفعل". "أو ربما تتصادم جسيمات المادة المظلمة المتعددة ، وتنتج أشعة غاما أثناء تفاعلها."
تموجات في الظلام
يعتقد أن المادة المظلمة تشكل حوالي 85 ٪ من كتلة الكون ، على الرغم من أن الباحثين لا يزالون غير إيجابيين حول مكانها أو مكانها. غير مرئية تمامًا للأجهزة العلمية الحديثة ، لم يتم اكتشاف الأشياء بنجاح.
قال غروين: "نحن نعرف بعض خصائص المادة المظلمة". "نحن نعلم أنها شائعة جدًا ، ونعلم أن لها كتلة تتفاعل مع الجاذبية مع الكتلة الأخرى."
وبعبارة أخرى ، على الرغم من أن المادة المظلمة غير مرئية ، فإنها تحدث تأثيرًا واضحًا على الكون من خلال جاذبيتها القوية. يُعرف أحد هذه التأثيرات باسم عدسة الجاذبية - بشكل أساسي ، كيف يشوه الضوء من المجرات البعيدة بجاذبية الأجسام الضخمة التي يمر بها في طريقه نحو الأرض.
بالنسبة للدراسة الجديدة ، نظر الباحثون إلى خريطة للعدسة التثاقلية في جزء معين من الكون ، تم تجميعها بواسطة مشروع يسمى مسح الطاقة المظلمة (DES). أمضت الكاميرا المخصصة للمسح ، التي تم تركيبها على تلسكوب عملاق في تشيلي ، عامًا لالتقاط صور عالية الدقة لمئات الملايين من المجرات ، مع التركيز على الأماكن التي يكون فيها الضوء البعيد أكثر تشوّهًا من خلال جيوب ذات جاذبية شديدة. في حين أن بعض المناطق الأكثر ضخامة على الخريطة الناتجة تتوافق مع المجرات المعروفة ، إلا أن جيوبًا كبيرة أخرى من المحتمل أن تُظهر التأثير الخفي للمادة المظلمة في العمل ، كما قال غروين.
لفهم كيف قد يبدو هذا التأثير بشكل أفضل ، قارن الباحثون هذه الخريطة الجماعية بخريطة لانبعاثات أشعة جاما تم اكتشافها في نفس المنطقة بواسطة تلسكوب أشعة غاما التابع لوكالة ناسا على مدى السنوات التسع الماضية. باستخدام نموذج رياضي ، أزال الفريق جميع الإشعاع الذي يمكن ربطه بشكل نهائي بمصادر "دنيوية" مثل الثقوب السوداء والمستعرات الأعظمية ، بناءً على إنتاج الطاقة والمسافة وعوامل أخرى مختلفة.
الآن ، وبقيت مصادر أشعة غاما "غير المحلولة" الغامضة فقط ، قارن الفريق بين الخريطتين. لقد رأوا تداخلًا واضحًا بين مناطق إشعاع أشعة غاما والمناطق ذات الكتلة الكبيرة.
وقال غروين: "هذه هي الدراسة الأولى التي كنا على يقين من أنه ، حيث يوجد الكثير من أشعة جاما ، هناك أيضًا الكثير من المادة المظلمة".
إذا كانت المادة المظلمة تنبعث حقًا من أشعة جاما ، فقد يؤدي ذلك إلى تضييق كيفية اكتشافها وما هي مكوناتها. ومع ذلك ، لا يزال من المحتمل أن خلفية أشعة جاما الخافتة على خريطة فيرمي لا علاقة لها بالمادة المظلمة ، كما قال غروين. يعتمد النموذج الرياضي الذي استخدمه الباحثون للتخلص من تلك المصادر "الدنيوية" لانبعاثات أشعة جاما (مثل الثقوب السوداء) على بعض الافتراضات حول خصائص تلك الأجسام ، وإذا كانت هذه الافتراضات خاطئة ، فقد تكون الثقوب السوداء البعيدة مسؤولة عن أكثر بكثير من خلفية أشعة غاما الغامضة أكثر من الباحثين.
وقال غروين: "ربما هذا النموذج غير مكتمل ، وربما نتعلم شيئًا عن هذه الثقوب السوداء التي تنبعث منها أشعة جاما". "ربما ، هذه الثقوب السوداء تعيش في مجرات أكثر ضخامة مما كنا نعتقد."
المزيد من البيانات حول كل من أشعة جاما والعدسة التثاقلية ستساعد الفريق على صقل نموذجهم وتفسير خرائطهم للكون بشكل أفضل. منذ ختام الدراسة ، جمعت DES ستة أضعاف المعلومات حول التوزيع الشامل للكون ، ولا يزال القمر الصناعي FERMI أحد التلسكوبات العديدة التي تتبع انفجارات أشعة غاما. وقال غروين إن دراسة متابعة تظهر نتائج أوضح يجب أن تتبع في السنوات القليلة المقبلة.
