تابش‌ گاما در مرکز که‌کشان ما؛ سرنخی از وجود ماده‌ی تاریک!

[∆ MeRzaD ∆]

همان‌طور که برخی از دانش‌مندان می‌گویند دهه‌ی بعد، دهه‌ی ماده‌ی تاریک خواهد‌‌بود؛ تلاش برای یافتن این ماده‌ی اسرارآمیز، در این دهه منجر به رد یا قبول بعضی از مهمترین فرضیه‌هایی می‌شود که درباره ی ماهیت آن مطرح شده‌اند. اما اخترفیزیک‌دان‌هایی هم هستند که می‌گویند شاید تاکنون ستاره‌شناسان نشانه‌هایی از ماده‌ی تاریک در قلب که‌کشان راه‌شیری خودمان یافته‌باشند.

کِوُرک آبازاجیان و موناج کاپلینگات از دانشگاه کالیفرنیا، ایرون، در arXiv گزارش داده‌اند که داده‌های تلسکوپ فضایی اشعه‌ی گامای ناسا، فرمی، نشان می‌دهند که پرتوهای گامایی که از مرکز که‌کشان می‌آیند، افزایش یافته‌اند، و این می‌تواند توسط ذره‌های ماده‌ی تاریک ایجاد شده باشد که یک‌دیگر را نابود می‌کنند. آبازاجیان می‌گوید: «بی‌گمان منابعی در آن‌جا وجود دارند، و آن‌چه دیده می‌شود را می‌توان با ماده‌ی تاریک تفسیر کرد.» اما پژوهش‌گرهای دیگری می‌گویند که این افزایش می‌تواند نتیجه‌ی روش آبازاجیان و کاپلینگات برای مدل کردن  شار پرتوی گاما باشد، یا آن‌که از منابع ساده‌تری بیایند.

ته‌‌مانده‌ها. پژوهش‌گران ابتدا با نقشه‌ی تابش‌های پرتوی گاما در نزدیکی مرکز که‌کشانی آغاز می‌کنند (سمت چپ) ، و سهم چشمه‌های شناخته شده (دایره‌های سفید) و دیگر اثرهای پس‌زمینه‌ای را کم می‌کنند تا نقشه‌ای از تابش‌هایی درست کنند که ممکن است از ماده‌ی تاریک آمده‌باشند.

ستاره‌شناسان، شواهد بسیاری دارند که ماده‌ی تاریک بیش‌تر گرانشی را که ستاره‌ها را نگاه می‌دارد ایجاد می‌کند؛ این گرانش باعث می‌شود ستاره‌ها به بیرون از که‌کشان نروند. کیهان‌شناسان هم نشان داده‌اند که ماده‌ی تاریک تا ۸۵٪ ماده‌ی جهان را تشکیل می‌دهد؛ اما فیزیک‌دان‌‌ها هم‌چنان نمی‌دانند ماده‌ی تاریک چیست.

فرضیه‌ی غالب این است که ماده‌ی تاریک می‌تواند از ذره‌های سنگینی درست شده‌باشد که برهم‌کنش ضعیفی دارند (WIMPها) که برخی نظریه‌ها هم آن‌ها را پیش‌بینی کرده‌اند.WIMPها ممکن است آن‌قدر سنگین باشند که بسیاری از گرانش را تولید کنند، اما با ماده‌ی معمولی تنها برهم‌کنش ضعیفی دارند. شاید هر که‌کشان در ابر پهناوری از WIMPها شکل گرفته‌باشد.

فیزیک‌دان‌ها به چند روش ‌WIMPها را دنبال می‌کنند؛ برخی در تلاشند تا با آشکارسازهای بسیار حساس زیرزمینی آن‌ها را کشف کنند. دیگران امید دارند که در بزرگ‌ترین برخورد دهنده‌ی اتمی دنیا، برخورددهنده‌ی هادرون‌های بزرگ سوییس،WIMP ها را تولید کنند. هم‌چنین ممکن است که WIMPها زمانی‌که با ‌هم برخورد می‌کنند، و ذره‌های معمولی مانند پرتوی گاما، تولید می‌کنند، یک‌دیگر را هم نابود کنند؛ و ستاره‌شناسان، آسمان‌ها را برای نشانه‌هایی از چنین نابودی‌هایی بررسی می‌کنند.

آبازاجیان و کاپلینگات می‌گویند که بیش از چهارصد پژوهش‌گر که با ماه‌واره‌ی فرمی کار می‌کنند، این شواهد را یافته‌اند. دو نظریه‌پرداز، داده‌های جمع‌آوری شده در فاصله‌ی آگوست ۲۰۰۸ تا جون ۲۰۱۲ را با تمرکز در تکه‌های ۷درجه در ۷درجه‌ی آسمان ِ پیرامون مرکز که‌کشانی، بررسی کردند؛ و برای چهار بازه‌ی انرژی، نقشه‌ی پرتوافشانی‌ها در پهنه‌ی آسمان را تهیه کردند. آن‌ها هر نقشه را با «مدل baseline» برهم گذاشته‌اند. این مدل شامل ۱۷ چشمه‌ی نقطه‌ای پرتوی گاما، که فرمی تا اکنون در آن فضا یافته است؛ یک پس‌زمینه‌ی پراکنده که تابش‌های کلی در مرکز که‌کشانی را توجیه می‌کند؛ و یک پس‌زمینه‌ی یک‌نواخت می‌شود.

سپس داده‌ها را بر مدل دیگری برازش می‌دهند که شامل اثری از نابودی‌ها در ماده‌ی تاریک، تخمین‌‌های نظری و چگونگی تولید پرتوی گاما در نابودی ذرات می‌شود. افزودن اثر ماده‌ی تاریک تا اندازه‌ی زیادی برازش را به‌بود بخشید؛ و آن‌ها فهمیدند که این یعنی افزایشی در پرتوی گاما وجوددارد که از ماده‌ی تاریک می‌آید.

پژوهش‌گرهای دیگر، مانند دانیل هوپر از آزمایشگاه شتاب‌دهنده‌ی بین‌المللی در باتاویا، ایلینویز، ادعای مشابهی دارند. در حقیقت، آبازاجیان پیش‌تر در مخالفت با این برداشت صحبت می‌کرد؛ اما تحلیل‌های جدید، نشان می‌دهند که فرضیه‌ی ماده‌ی تاریک با داده‌های به‌دست آمده از سه روش کلیدی هم‌خوانی دارد. آبازاجیان می‌گوید: توزیع انرژی، توزیع فضایی، و چگالی درستی دارد... «وقتی که این را دیدم شاخ در‌آوردم.» البته آبازاجیان توجه دارد که ممکن است این پرتوهای گاما از منبع کم‌اهمیت‌تری سرچشمه گرفته باشند، همان‌طور که پیش‌تر تپ‌اخترها آشکار نشده‌بودند.

استفانو پروفومو، یک اخترفیزیک‌دان نظری از دانش‌گاه کالیفرنیا، سانتاکروز، و عضو گروه ماه‌واره‌ی فرمی می‌گوید: این‌ها را شاید بتوان به زبان ساده‌تری هم توضیح داد. پروفومو می‌گوید: تحلیل‌های آبازاجیان و هوپر به شدت وابسته به مدلی است که برای پراکندگی‌های پس‌زمینه‌ی که‌کشانی به کار می‌بندند... وی می‌افزاید که این مدل برای توضیح منطقه‌ی بسیار بزرگ‌تری پیرامون مرکز که‌کشانی ایجاد شده‌است و «برای جزئیات مرکز که‌کشانی کور است.» او دقت دارد که به کاربردن آن در برازش داده‌ها می‌تواند به نتیجه‌های گم‌راه کننده‌ای بیانجامد. هم‌چنان پروفومو موافق است که برای جست‌وجوی نشانه‌هایی از ماده‌ی تاریک، مرکز که‌کشانی جایی مهم است.