نشانه‌ای بی‌سابقه از مشاهده ماده تاریک

به گزارش پایگاه علمی خبری دانه، پژوهشی که در مجله‌ی Journal of Cosmology and Astroparticle Physics منتشر شده است. عنوان می‌کند که  دانشمندان ممکن است برای اولین بار «مادهٔ تاریک» را با کمک تلسکوپ فضایی پرتوگامای فرمی ناسا دیده باشند؛ اگر این یافته درست باشد، این نخستین آشکارسازی مستقیم از اسرارآمیزترین مادهٔ عالم خواهد بود.

ماهیت ماده تاریک

مادهٔ تاریک نخستین‌بار در سال ۱۹۳۳ توسط ستاره‌شناس فریتس زویکی مطرح شد؛ زمانی که او دریافت که کهکشان‌های قابل مشاهدهٔ خوشهٔ کومایی، نیروی گرانشی کافی برای جلوگیری از پراکنده شدن این خوشه را ندارند. سپس در دههٔ ۱۹۷۰، ستاره‌شناس ورا روبین و همکارانش مشاهده کردند که لبه‌های خارجی کهکشان‌های مارپیچی با همان سرعت مرکز آن‌ها می‌چرخند؛ پدیده‌ای که تنها با وجود جرم بسیار بیشتری خارج از ناحیهٔ مرکزی قابل توضیح بود. این‌ها البته مشاهدهٔ مستقیم مادهٔ تاریک نبودند، بلکه استنتاج‌هایی بر پایهٔ اثرات گرانشی آن بودند و تأثیر این گرانش بر مادهٔ معمولی و نور. با وجود این، بر همین اساس، ستاره‌شناسان امروز باور دارند که همهٔ کهکشان‌های بزرگ در هاله‌های عظیمی از مادهٔ تاریک جای گرفته‌اند که بسیار فراتر از مرزهای مادهٔ مرئی گسترش می‌یابد.
طبق برآوردها، ذرات مادهٔ تاریک پنج برابر بیشتر از ذرات مادهٔ معمولی هستند. یعنی همهٔ چیزهایی که در زندگی روزمره می‌بینیم  (ستاره‌ها، سیاره‌ها، ماه‌ها، بدن ما، حتی گربهٔ خانهٔ بغلی ) تنها ۱۵ درصد مادهٔ جهان را تشکیل می‌دهند و ۸۵ درصد باقی‌مانده را مادهٔ تاریک می‌سازد. رازآمیزتر اینکه مادهٔ تاریک به دلیل تعامل بسیار ضعیف یا صفر با تابش الکترومغناطیس، هیچ نوری را گسیل، جذب یا بازتاب نمی‌کند؛ در نتیجه عملاً در همهٔ طول موج‌ها نامرئی است؛ یا حداقل تا امروز این‌گونه تصور می‌شد.

امکان مشاهده ماده تاریک

با این حال، یک احتمال وجود دارد که بتوان از مادهٔ تاریک نور دریافت کرد: اگر ذرات مادهٔ تاریک هنگام برخورد با یکدیگر «نابود شوند» — مشابه رفتار ماده و پادماده — این برخورد باید بارانی از ذرات از جمله فوتون‌های پرتو گاما تولید کند؛ فوتون‌هایی که با وجود نادیدنی بودن برای چشم انسان، برای تلسکوپ‌های مخصوص پرتو گاما قابل تشخیص‌اند. یکی از نامزدهای اصلی ذرات نابودشوندهٔ مادهٔ تاریک، ذرات پرجرم با برهم‌کنش ضعیف یا همان «ویْمپ‌ها» (WIMPs) هستند.
(ذرات ویمپ، ذراتی فرضی و بسیار سنگین از«ماده تاریک» هستند که بسیار کم با ماده معمولی برهم‌کنش دارند و به همین دلیل دیده نمی‌شوند؛ فقط اثر گرانشی‌شان آن قابل اندازه‌گیری است.)

مشاهده پرتوهای گاما

گروهی از پژوهشگران به رهبری تومونوری توتانی از دانشکدهٔ نجوم دانشگاه توکیو، تلسکوپ فرمی را به سمت نواحی‌ای در کهکشان راه شیری نشانه رفتند که طبق نظریه‌ها باید بیشترین تمرکز مادهٔ تاریک را داشته باشند؛ یعنی مرکز کهکشان. هدف آن‌ها یافتن همان امضای پرتوگامای ناشی از نابودی ذرات بود.
و به باور توتانی، آن‌ها سرانجام این نشانه را یافته‌اند.
توتانی می‌گوید: «ما پرتوهای گاما با انرژی فوتونی ۲۰ گیگاالکترون‌ولت (معادل ۲۰ میلیارد الکترون‌ولت که مقداری بسیار زیاد است) را شناسایی کردیم که در ساختاری شبیه هاله، در جهت مرکز کهکشان راه شیری گسترده شده‌اند. مؤلفهٔ پرتو گامای شناسایی‌شده، دقیقاً با شکلی که از هالهٔ مادهٔ تاریک انتظار می‌رود، همخوانی دارد.»
این تنها تطابق موجود نیست. انرژی این پرتوهای گاما به‌طور قابل توجهی با انرژی پیش‌بینی‌شده برای نابودی ذرات ویْمپ مطابقت دارد؛ ذراتی که بر اساس نظریه‌ها حدود ۵۰۰ برابر یک پروتون (ذرهٔ سازندهٔ هستهٔ اتم) جرم دارند. توتانی می‌گوید هیچ پدیدهٔ اخترفیزیکی شناخته‌شدهٔ دیگری نمی‌تواند به‌سادگی این پرتوهای گاما را توضیح دهد.

او می‌گوید: «اگر این نتیجه درست باشد (تا جایی که من می‌دانم) این نخستین باری است که انسانیت مادهٔ تاریک را ‘دیده’ است. و به نظر می‌رسد مادهٔ تاریک ذره‌ای تازه است که در مدل استاندارد فعلی فیزیک ذرات وجود ندارد. این یک تحول بزرگ در نجوم و فیزیک است.»
با وجود این، هرچند توتانی نسبت به نتیجهٔ به‌دست‌آمده اطمینان دارد، جامعهٔ علمی هنوز به شواهد بیشتری نیاز دارد تا پروندهٔ این معمای نزدیک به صد ساله بسته شود.
توتانی می‌گوید: «این ممکن است زمانی محقق شود که داده‌های بیشتری جمع‌آوری شود. اگر چنین شود، شواهد بسیار قوی‌تری خواهیم داشت که این پرتوهای گاما منشأشان مادهٔ تاریک است.»