در رویدادی که می‌تواند فصل جدیدی در تاریخ کیهان‌شناسی باز کند، یک مطالعه جدید به سرنخ‌های هیجان‌انگیزی درباره ماده تاریک، این معمای دیرینه عالم، دست یافته است. این پژوهش که توسط یک اخترشناس از دانشگاه توکیو انجام شده، ادعا می‌کند انتشار پرتوهای گامایی را شناسایی کرده که منشأ آن‌ها احتمالاً ماده تاریک است، هرچند که جامعه فیزیک همچنان با احتیاط و تردید به این یافته‌ها می‌نگرد.
<br>
کشف گامای مرموز در هاله کهکشانی: سیگنالی از ماده تاریک؟
دکتر تومونوری توتانی، استاد دانشگاه توکیو، با تجزیه و تحلیل ۱۵ سال داده‌های تلسکوپ فضایی پرتو گامای فِرمی ناسا، توانسته است انتشارات پرانرژی پرتو گاما را در منطقه هاله کهکشانی راه شیری شناسایی کند. این منطقه، ناحیه‌ای کروی و وسیع در اطراف دیسک کهکشان ماست که تصور می‌شود مقادیر زیادی از ماده تاریک را در خود جای داده است. او با تمرکز بر این ناحیه و حذف مرکز کهکشان، جایی که پرتوهای کیهانی دیگر می‌توانند تداخل ایجاد کنند، به نتایج جالبی دست یافته است.
<br>
<p style="text-align: center; font-size: 0.9em; color: gray;">تصویر هنری از هاله کهکشانی راه شیری © Melissa Weiss/Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian</p>
<br>
بر اساس این یافته‌ها، پرتوهای گامای مشاهده شده با مشخصات مورد انتظار از برخورد و نابودی ذرات WIMP (ذرات پرجرم با برهم‌کنش ضعیف)، که یکی از کاندیداهای اصلی ماده تاریک هستند، مطابقت دارند. توتانی معتقد است این انتشارات ویژگی‌هایی را از خود نشان می‌دهند که با منابع اخترشناسی متعارف همخوانی ندارد و ممکن است قوی‌ترین سیگنال ماده تاریک باشد که تا به امروز کشف شده است. شدت و فرکانس پرتوهای گاما در محدوده پیش‌بینی‌های نظری برای نابودی WIMPها قرار دارد، که این موضوع فرضیه را تقویت می‌کند.
ماده تاریک چیست و چرا جستجوی آن دشوار است؟
ماده تاریک، یک ماده فرضی و نامرئی است که اخترشناسان بر این باورند بیش از ۲۷ درصد جرم و انرژی جهان را تشکیل می‌دهد. وجود آن از طریق اثرات گرانشی‌اش بر کهکشان‌ها، مانند سرعت چرخش غیرمنتظره ستارگان در لبه کهکشان‌ها یا نحوه خوشه‌بندی کهکشان‌ها، استنتاج شده است. با این حال، به دلیل اینکه ماده تاریک نور را جذب، بازتاب یا ساطع نمی‌کند، مستقیماً قابل مشاهده نیست و همین امر کشف آن را به یکی از بزرگترین چالش‌های فیزیک مدرن تبدیل کرده است.
ذرات WIMP، که توتانی بر آن‌ها تمرکز کرده، یکی از مدل‌های پیشرو برای ماده تاریک هستند. نظریه‌ها پیش‌بینی می‌کنند که این ذرات با یکدیگر برخورد کرده و نابود می‌شوند، که این فرایند منجر به تولید پرتوهای گاما با انرژی بالا می‌شود. جستجو برای این پرتوها در مناطقی با تراکم بالای ماده تاریک، از جمله مرکز کهکشان‌ها، سال‌هاست که ادامه دارد و تلاش‌ها برای یافتن این سیگنال‌های گاما، راهبرد اصلی بسیاری از پروژه‌های تحقیقاتی ماده تاریک است.
تردیدها و ابهامات پیرامون این سیگنال ماده تاریک
با وجود هیجان‌انگیز بودن یافته‌های دکتر توتانی، دیگر دانشمندان نسبت به نتیجه‌گیری قطعی درباره کشف ماده تاریک با احتیاط برخورد می‌کنند. یک فیزیکدان از آزمایشگاه فرمی، با تأکید بر عدم تمایل به ذکر نام، اشاره می‌کند که: "منابع بسیاری برای تولید پرتوهای گاما وجود دارد؛ از تپ‌اخترها گرفته تا سقوط مواد به داخل سیاه‌چاله‌ها و ابرنواخترها." وی اضافه می‌کند که حتی خورشید نیز پرتوهای گاما ساطع می‌کند و در حالی که انرژی ۲۰ گیگاولت الکترونی پرتوهای شناسایی شده توسط توتانی قابل توجه است، اما کاملاً بی‌سابقه نیست و می‌تواند ناشی از پدیده‌های پرانرژی دیگری مانند برخورد ستارگان نوترونی یا بادهای خورشیدی ساطع شده از تپ‌اخترها باشد.
دکتر دن هوپر، استاد فیزیک و مدیر مرکز فیزیک ذرات آسترو وی دانشگاه وایسکونسین-مدیسون، نیز به چند نکته کلیدی اشاره می‌کند:
بسیاری از دانشمندان پیش از این داده‌های تلسکوپ فِرمی را تحلیل کرده‌اند و تاکنون هیچ‌کدام مازاد پرتو گامایی را به این شکل شناسایی نکرده‌اند.
رویکرد توتانی در حذف ناحیه ۱۰ درجه‌ای اطراف مرکز کهکشان، هرچند که برای جلوگیری از تداخل منابع دیگر مفید است، اما ممکن است بر نتایج تأثیر گذاشته باشد؛ چرا که انتظار می‌رود بخش عمده سیگنال ماده تاریک از همین ناحیه نشأت بگیرد.
این احتمال وجود دارد که انتشارات پرتوهای گامای پرانرژی شناسایی شده، یک اثر مصنوعی ناشی از مدل تحلیل پس‌زمینه باشد که بیش از حد از انتشارات کم‌انرژی را جذب کرده و توهم مازاد پرانرژی را ایجاد کرده است.
آینده جستجوی ماده تاریک: گام‌های بعدی چیست؟
در نهایت، تمامی کارشناسان توافق دارند که ماده تاریک پدیده‌ای فوق‌العاده دشوار برای شناسایی و توصیف است. برای تأیید قاطعیت این کشف، نیاز به خطوط شواهد متعدد و متقابلاً معتبر است. دکتر توتانی نیز بر این باور است که "اثبات قاطع، شناسایی پرتوهای گاما از مناطق دیگر آسمان با همان پارامترهای ماده تاریک خواهد بود." او ابراز امیدواری کرده است که این نتایج توسط تحلیل‌های مستقل محققان دیگر تأیید شود.
چه مطالعات آتی یافته‌های توتانی را تأیید کنند و چه آن‌ها را رد، این پژوهش‌ها به اصلاح درک ما از ماده نامرئی‌ای که جهان ما را شکل می‌دهد، کمک خواهند کرد. جستجو برای ماده تاریک ادامه دارد و هر قدم، حتی اگر یک بن‌بست باشد، ما را به درک عمیق‌تری از کیهان نزدیک‌تر می‌کند و به دانشمندان اجازه می‌دهد تا مدل‌های خود را برای وجود و رفتار ماده تاریک بهینه‌سازی کنند.