ممکن است پس از صد سال جستجو، مادهٔ تاریک کشف شده باشد
حدود یک قرن پس از اینکه ستارهشناسان نخستین بار مادهٔ تاریک را برای توضیح حرکات عجیب کهکشانی پیشنهاد کردند، شاید دانشمندان اکنون توانستهاند نگاهی به آن بیندازند. محقق دانشگاه توکیو که دادههای تازهای از تلسکوپ فضایی گاما‑ریزی فِرمی ناسا را بررسی کرد، هالهای از پرتوهای گامای پرانرژی را شناسایی کرده است که بهدقت با پیشبینیهای نظریه درباره انرژی آزاد شده در برخورد و نابودی ذرات مادهٔ تاریک مطابقت دارد. سطوح انرژی، الگوهای شدت و شکل این تابش بهطرز شگفتانگیزی با مدلهای دیرینهٔ ذرات عظیمجرم کمتعامل (WIMP) سازگاری دارد که این کشف را بهعنوان یکی از قویترین سرنخهای فعلی در جستجوی جرم نامرئی کیهان میسازد.
در اوایل سالهای ۱۹۳۰، ستارهشناس سوئیسی فریتز زوکی متوجه شد که بسیاری از کهکشانها با سرعتی حرکت میکنند که با جرم قابل مشاهدهٔ آنها قابل توجیه نیست. این حرکت غیرعادی او را بر آن گذاشت تا فرض کند ساختاری نامرئی — مادهٔ تاریک — نیروی گرانشی اضافی لازم برای حفظ یکپارچگی این کهکشانها را فراهم میکند. تقریباً یک قرن پس از آن، تلسکوپ گاما‑ریزی فِرمی ناسا ممکن است نخستین شواهد مستقیم از این مادهٔ مرموز را ثبت کرده باشد و امکان «دیدن» نهایی مادهٔ تاریک را فراهم کند.
مادهٔ تاریک از زمان پیشنهاد نخستین خود، یکی از بزرگترین معماهای نجومی باقی مانده است. تا کنون، دانشمندان تنها توانستهاند بهصورت غیرمستقیم به آن بپردازند، با مشاهدهٔ تأثیرات آن بر مادهٔ عادی؛ مثلاً نیروی گرانشی کافی برای نگهداشتن کهکشانها در کنار هم. کشف مستقیم امکانپذیر نبوده است، چرا که ذرات مادهٔ تاریک با نیروهای الکترومغناطیسی تعامل ندارند؛ به این معنا که آنها نور را جذب، انعکاس یا انتشار نمیدهند.
فرضیه وییمپ و پرتوهای گامای پیشبینیشده
بسیاری از پژوهشگران بر این باورند که مادهٔ تاریک از ذرات عظیمجرم کمتعامل (WIMP) تشکیل شده است. تصور میشود این ذرات سنگینتر از پروتونها باشند و تعاملشان با مادهٔ عادی بهقدر کمی است که شناساییشان بسیار دشوار است. با این حال، نظریه پیشبینی میکند که هنگامی که دو وییمپ بههم میرسند، یکدیگر را خنثی میکنند و ذرات پرانرژی، از جمله فوتونهای گامای، آزاد میشود.
دانشمندان سالها به بررسی مناطقی پرداختهاند که مادهٔ تاریک در آنها متمرکز میشود، بهویژه مرکز کهکشان راهشیری، تا به دنبال پرتوهای گامای خاص بگردند. با استفاده از دادههای جدید تلسکوپ گاما‑ریزی فِرمی، پروفسور توومونوری توتانی از دانشگاه توکیو اکنون معتقد است که سیگنال گامای پیشبینیشده مرتبط با نابودی ذرات مادهٔ تاریک را شناسایی کرده است.
یافتههای توتانی در مجلهٔ کیهانشناسی و فیزیک ذرات نجومی منتشر شدهاند.
هالهٔ گامای ۲۰ GeV در نزدیکی مرکز کهکشان راهشیری
“ما پرتوهای گامایی با انرژی فوتونی ۲۰ گیگالکترونولت (یا ۲۰ میلیارد الکترونولت، مقدار انرژی بسیار بزرگ) را کشف کردیم که در قالب ساختاری هالهمانند به سمت مرکز کهکشان راهشیری امتداد یافتهاند. مؤلفهٔ انتشار گامایی بهدقت شکل مورد انتظار از هالهٔ مادهٔ تاریک را بازتاب میدهد”، توتانی گفت.
طیف انرژی پرتوهای گاما که سطوح شدت انتشار آن را توصیف میکند، بهدقت پیشبینیهای مدل برای نابودی وییمپهای فرضی با جرمی حدود ۵۰۰ برابر جرم پروتون را بازتاب میدهد. فراوانی برآورد شدهٔ این رخدادهای نابودی بر پایهٔ شدت مشاهدهشدهٔ پرتوهای گاما نیز در محدودههای نظری مورد انتظار قرار میگیرد.
ارزیابی احتمال یک پیشرفت بزرگ
توتانی توضیح میدهد که الگوی پرتوهای گاما نمیتواند بهراحتی با منابع شناختهشده یا فرآیندهای نجومی رایجتری همخوانی داشته باشد. به همین دلیل، او دادهها را بهعنوان یک نامزد قوی برای انتشار گامای مورد جستجوی طولانیمدت از مادهٔ تاریک میبیند.
“اگر این درست باشد، تا جائیکه من میدانم، این نخستین باری است که بشر ‘مادهٔ تاریک’ را دیده است. و واضح است که مادهٔ تاریک یک ذرهٔ جدید است که در مدل استاندارد فعلی فیزیک ذرات گنجانده نشده است. این، گامی مهم در نجوم و فیزیک نشان میدهد”، توتانی گفت.
گامهای بعدی و تأیید مستقل
اگرچه توتانی به تحلیل خود اطمینان دارد، اما تأکید میکند که تأیید مستقل ضروری است. پژوهشگران دیگر باید دادهها را بررسی کنند تا اطمینان حاصل شود که تابش هالهمانند واقعا ناشی از نابودی مادهٔ تاریک است نه منبع دیگری نجومی.
حمایت بیشتر میتواند از یافتن همان امضای گامایی در نواحی دیگر پر از مادهٔ تاریک حاصل شود. کهکشانهای دنبالهدار که در هالهٔ کهکشان راهشیری میچرخند، بهویژه امیدوارکننده بهنظر میرسند. توتانی گفت: «این ممکن است پس از جمعآوری دادههای بیشتر محقق شود و در این صورت شواهد قویتری مبنی بر اینکه پرتوهای گاما از مادهٔ تاریک منبع میگیرند فراهم خواهد شد.»
پشتیبانی مالی: این پژوهش توسط گرنت JSPS/MEXT KAKENHI به شماره ۱۸K03692 تأمین شد.