كتب – باسل يوسف:
عندما ينفجر المستعر الأعظم التالي القريب، قد يُتاح لأي تلسكوب أشعة جاما، أن يعطينا معلومات عن المادة المظلمة.
يتوقع علماء الفيزياء الفلكية في جامعة كاليفورنيا، بيركلي أنه في غضون الثواني العشر الأولى من المستعر الأعظم، يمكن انبعاث ما يكفي من الجسيمات الافتراضية تسمى الأكسيونات لإثبات وجودها في غمضة عين نسبية.
يتطلب هذا الاكتشاف أن يكون لدينا تلسكوب أشعة جاما ينظر في محيط مثل هذا الانفجار في الوقت المناسب تمامًا. في الوقت الحالي، تقع هذه المهمة على عاتق تلسكوب فيرمي الفضائي وحده، والذي لا يزال لديه فرصة 1 من 10 فقط لالتقاط العرض.
لذلك، يقترح الباحثون إطلاق جهاز GALactic AXion Instrument for Supernova (GALAXIS) – وهو أسطول من أقمار أشعة جاما التي يمكنها مراقبة 100% من السماء في جميع الأوقات. قد يكون لاكتشاف أو غياب الأكسيونات أثناء المستعر الأعظم نتائج قيمة بنفس القدر، ولكن الوقت سيكون ضيقا جدا لتحقيق هذا الإنجاز.
يقول بنيامين صفدي، الأستاذ المساعد للفيزياء في جامعة كاليفورنيا في بيركلي: “أعتقد أننا جميعًا في هذه الورقة نشعر بالتوتر بشأن انفجار مستعر أعظم آخر قبل أن نحصل على الأجهزة المناسبة”.
“سيكون من العار حقًا أن ينفجر مستعر أعظم غدًا ونضيع فرصة اكتشاف الأكسيون – فقد لا يعود لمدة 50 عامًا أخرى”.
افترض العلماء لأول مرة وجود الأكسيونات في سبعينيات القرن العشرين كحل محتمل للغز فيزيائي لا علاقة له بالمادة المظلمة، مشكلة التكافؤ القوي. ومن المتوقع أن تكون لهذه الجسيمات كتلة صغيرة جدًا، ولا تحمل شحنة كهربائية، وأن تكون وفيرة للغاية في جميع أنحاء الكون.
وفي وقت لاحق فقط أدرك علماء الفيزياء الآخرون أن بعض خصائصها – مثل الطريقة التي تتكتل بها، وتتفاعل في الغالب مع مواد أخرى من خلال الجاذبية – تجعلها مرشحة جيدة للمادة المظلمة. والأهم من ذلك، أن إحدى الخصائص المتوقعة يمكن أن تجعلها قابلة للاكتشاف.
في المجالات المغناطيسية القوية، يجب أن تتحلل الأكسيونات أحيانًا إلى فوتونات، لذا فإن اكتشاف الضوء الزائد بالقرب من هذه المجالات يمكن أن يكشف عنها. لقد كان هذا هو الأساس للتجارب المعملية والملاحظات الفلكية لعقود من الزمن، ما سمح للعلماء بتقليص نطاق الكتل التي قد تمتلكها الأكسيونات.
النجوم النيوترونية من بين الأماكن الواعدة للبحث عنها. يجب أن تنتج فيزياؤها المكثفة كميات هائلة من الأكسيونات، والأفضل من ذلك، أن المجالات المغناطيسية القوية يجب أن تحول بعضها إلى فوتونات يمكن اكتشافها.
في الورقة الجديدة، يحسب فريق جامعة كاليفورنيا في بيركلي أن أفضل وقت للعثور على الأكسيونات حول نجم نيوتروني قد يكون في الواقع عند ولادته – عندما ينفجر نجم ضخم كمستعر أعظم. تشير المحاكاة الجديدة إلى أن انفجار الأكسيونات سينتج خلال الثواني العشر الأولى بعد انهيار النجم، وقد يكشف انفجار أشعة جاما الناتج عن ذلك عن الكثير من التفاصيل.
يعتقد الفريق أن نوعاً معيناً من الأكسيونات، يسمى أكسيون الكروموديناميكا الكمومية (QCD)، يمكن اكتشافه من خلال هذه الطريقة إذا كانت كتلته أعلى من 50 ميكرو إلكترون فولت، وهو ما يعادل واحد على 10 مليارات من كتلة الإلكترون.
إذا تبين وجود الأكسيونات، فقد تكون واحدة من أصغر الجسيمات التي نكتشفها على الإطلاق. بضربة واحدة، قد تساعدنا في فك شفرة المادة المظلمة، ومشكلة التكافؤ القوي، ونظرية الأوتار، واختلال التوازن بين المادة والمادة المضادة.
الفرضية جاهزة للاختبار – والآن علينا فقط الانتظار حتى المستعر الأعظم التالي القريب. قد يحدث ذلك اليوم، أو في غضون عقد آخر من الزمن، وإذا كان فيرمي يراقب الرقعة الصحيحة من السماء، فيمكننا الإجابة عن بعض أعمق أسئلة العلم في غضون ثوانٍ.
يقول صفدي: “أفضل سيناريو للأكسيونات هو أن يلتقط فيرمي مستعراً أعظم.. إن فرصة حدوث ذلك ضئيلة. ولكن إذا تمكن فيرمي من رصده، فسوف نتمكن من قياس كتلته وقوة تفاعله، وتحديد كل ما نحتاج إلى معرفته عن الأكسيون، وسوف نكون على ثقة لا تصدق في الإشارة لأنه لا توجد مادة عادية يمكنها أن تخلق مثل هذا الحدث”.
نُشر البحث في مجلة Physical Review Letters.
اقرأ أيضا:
