Astrophysical Signatures of Fermionic Dark Matter
تتقصى هذه الورقة المادة المظلمة الفرميونية التي تشكل أجراماً متراصة مدعومة بضغط الانحلال، مستنتجةً قيود الكتلة من مسوحات العدسات الجاذبية المجهرية، وخاتمةً بأنه في حين أن انبعاثاتها الاندفاعية الناجمة عن التراكم لا يمكن أن تفسر فائض جيجا إلكترون فولت في مركز المجرة، فإن هذه الأجرام المكونة من مزيج من المادة المظلمة والباريونات قد تفسر محتملاً جزءاً من الباريونات المفقودة في الكون.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
الكون ليس مليئاً فقط بالنجوم والكواكب وسحب الغاز التي يمكننا رؤيتها. فقد عرف علماء الفلك منذ زمن طويل أن مادة هائلة غير مرئية تسمى المادة المظلمة تمسك المجرات ببعضها البعض، حيث تعمل كغراء جاذبي يمنعها من التشتت. وبينما تشكل هذه المادة حوالي ربع الكون، إلا أن طبيعتها الحقيقية لا تزال واحدة من أعظم الألغاز في العلم. نحن نعلم أنها لا تبعث ضوءاً ولا تتفاعل مع المادة العادية إلا تقريباً من خلال الجاذبية، لكننا لا نعرف مما تتكون جسيماتها. وتشير إحدى الأفكار الرائدة إلى أن المادة المظلمة تتكون من جسيمات ثقيلة وبطيئة الحركة تسلك سلوك "الفيرميونات"، وهي فئة من الجسيمات تشمل الإلكترونات والبروتونات. ولأن هذه الجسيمات لا يمكنها احتلال نفس المساحة في الوقت نفسه، فإنها تولد نوعاً من الضغط الداخلي الذي يمكنه دعم الهياكل الضخمة ضد جاذبيتها الخاصة، تماماً كما يحافظ ضغط الإلكترونات على قزم أبيض من الانهيار. وإذا وجدت مثل هذه الجسيمات، فقد لا تكتفي بالطفو بحرية في الفضاء، بل قد تتكتل لتشكل أجساماً مدمجة غير مرئية.
لقد شرع فريق من الباحثين في جامعة كريست في الهند في استقصاء ما إذا كان بإمكان جسيمات المادة المظلمة الفيرميونية هذه أن تشكل بالفعل مثل هذه الأجسام المدمجة، وإذا كان الأمر كذلك، فكيف سيكون شكلها. بدأوا بحساب الكتلة النظرية لهذه الأجسام بناءً على وزن جسيمات المادة المظلمة نفسها. وقد اقترحت نماذجهم أنه إذا كانت كتلة هذه الجسيمات تبلغ حوالي 10 مليارات إلكترون فولت، فإن الأجسام المدمجة الناتجة ستزن حوالي 1.6 في المئة من كتلة شمسنا. ولاختبار ما إذا كانت هذه العمالقة غير المرئية يمكن أن توجد، لجأ العلماء إلى ظاهرة "العدسة الجاذبية المجهرية". وتحدث هذه الظاهرة عندما يمر جسم ضخم أمام نجم بعيد، مما يؤدي إلى انحناء ضوء النجم ويسبب سطوعه مؤقتاً. ومن خلال مراجعة البيانات المستمدة من مسوحات راقبت ملايين النجوم بحثاً عن حالات السطوع القصيرة هذه، بحث الباحثون عن علامات لهذه الأجسام المحددة من المادة المظلمة. ووجدوا أن الأجسام التي تملك الكتلة التي حسبوها ستنتج عدداً من أحداث العدسة يتوافق مع الحدود الرصدية، في حين أن النسخ الأخف وزناً من هذه الأجسام كانت ستخلق الكثير من أحداث السطوع، مما يستبعد فعلياً وجود تلك المرشحات الأصغر حجماً.
وبعد أن أثبتوا أن هذه الأجسام يمكن أن توجد بشكل معقول ضمن القيود الحالية، استكشف الفريق ما سيحدث إذا مرت عبر سحب من الغاز والغبار العادي. فعندما يتحرك جسم مدمج من المادة المظلمة عبر الفضاء، فإن جاذبيته ستجذب الهيدروجين والهيليوم المحيطين به، مما يتسبب في تسخين الغاز وجعله يتوهج. وحسب الباحثون درجة حرارة وطاقة هذا الغاز المتوهج، ووجدوا أن درجة حرارته ستتجاوز 100 مليار درجة. ورغم هذه الدرجات القصوى، فإن الضوء المنبعث من الغاز سيصل ذروته عند طاقات أقل بكثير مما هو مطلوب لتفسير لغز فلكي محدد يُعرف باسم "فائض جي-إي-في (GeV) في مركز المجرة". وهذا الفائض هو زيادة غير متوقعة في أشعة غاما عالية الطاقة القادمة من مركز مجرتنا، والتي كان بعض العلماء يأملون أن تكون ناتجة عن تصادم جسيمات المادة المظلمة وفنائها. وتظهر الدراسة أن دفعة الطاقة من هذه الأجسام المدمجة من المادة المظلمة ضعيفة جداً ومنخفضة الطاقة لدرجة لا تسمح بأن تكون هي مصدر تلك الإشارة، مما يشير إلى أن هذا اللغز تحديداً يجب حله بالبحث في مكان آخر.
وبينما لا تستطيع هذه الأجسام تفسير فائض أشعة غاما، وجد الباحثون احتمالاً آخر أكثر دقة. فقد نظروا في فكرة أن هذه النوى المدمجة من المادة المظلمة قد لا تكون مادة مظلمة نقية، بل يمكن أن تكون مختلطة بالمادة الباريونية العادية، وهي المادة التي تشكل النجوم والكواكب. وإذا تشكل مثل هذا الخليط، فسيكون الجسم أثقل وأكبر من كتلة نقية من المادة المظلمة. وحسب الفريق أنه إذا وجدت هذه الأجسام المختلطة، فيمكنها أن تفسر جزءاً كبيراً من "الباريونات المفقودة" — وهي المادة العادية التي يعلم علماء الكونيات أنها يجب أن تكون موجودة ولكن لم يتم اكتشافها بعد في الكون المحلي. واعتماداً على كمية المادة العادية المختلطة، يمكن لهذه الأجسام أن تفسر ما بين 10 إلى 90 في المئة من الكتلة المفقودة. ومع ذلك، يشدد المؤلفون على أن هذا احتمال نظري وليس حلاً مؤكداً؛ إذ لم يحددوا بعد العملية الفيزيائية التي تسمح للمادة المظلمة والمادة العادية بالاختلاط وتشكيل هذه الأجسام المستقرة بحجم الكواكب. وفي الوقت الحالي، يعمل هذا البحث كقيد قوي على ماهية هذه الأجسام من المادة المظلمة، حيث يستبعد بعض الأفكار بينما يقدم موطناً جديداً هادئاً ومحتملًا للمادة العادية المفقودة في الكون.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.