يكشف انفجار الفضاء الأكثر إشراقًا على الإطلاق عن تلميحات محتملة للمادة المظلمة

يوم الأحد ٩ تشرين الأول أكتوبر جوديث راكوسين كان على ارتفاع 35,000 قدم في الهواء ، في طريقه إلى مؤتمر الفيزياء الفلكية عالي الطاقة ، عندما وقع أكبر انفجار كوني في التاريخ. قال راكوسين ، عالم الفيزياء الفلكية في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في ماريلاند: "هبطت ونظرت إلى هاتفي ، وكان لدي عشرات الرسائل". "لقد كان أمرًا استثنائيًا حقًا."

كان الانفجار بمثابة انفجار طويل لأشعة غاما ، وهو حدث كوني حيث يطلق نجم محتضر هائل النفاثات القوية من الطاقة أثناء انهياره في ثقب أسود أو نجم نيوتروني. كان هذا الانفجار الخاص ساطعًا لدرجة أنه أدى إلى تشبع تلسكوب فيرمي الفضائي لأشعة غاما ، وهو تلسكوب يدور حول ناسا مصمم جزئيًا لمراقبة مثل هذه الأحداث. قال "كان هناك عدد كبير جدًا من الفوتونات في الثانية بحيث يتعذر عليهم مواكبة ذلك" أندرو ليفان، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة رادبود في هولندا. يبدو أن الانفجار تسبب في حدوث طبقة الأيونوسفير ، الطبقة العليا من الغلاف الجوي للأرض تضخم في الحجم لعدة ساعات. قال "حقيقة أنه يمكنك تغيير الأيونوسفير للأرض من جسم في منتصف الطريق عبر الكون أمر لا يصدق" دوغ ويلش، عالم فلك في جامعة ماكماستر في كندا.

أطلق عليه علماء الفلك اسم BOAT - "الأكثر إشراقًا في كل العصور" - وبدأوا في الضغط عليه للحصول على معلومات حول انفجارات أشعة جاما والكون بشكل عام. قال "حتى بعد 10 سنوات من الآن سيكون هناك فهم جديد من مجموعة البيانات هذه" اريك بيرنز، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة ولاية لويزيانا. "لم يخطر ببالي حتى الآن أن هذا حدث بالفعل."

يشير التحليل الأولي إلى وجود سببين لكون القارب ساطعًا للغاية. أولاً ، حدثت على بعد حوالي 2.4 مليار سنة ضوئية من الأرض - وهي قريبة إلى حد ما من انفجارات أشعة جاما (على الرغم من أنها خارج مجرتنا). من المحتمل أيضًا أن تكون الطائرة القوية للقارب موجهة نحونا. اجتمع العاملان لجعل هذا النوع من الأحداث يحدث مرة واحدة فقط كل بضع مئات من السنين.

ربما حدثت الملاحظة الأكثر أهمية في الصين. هناك ، في مقاطعة سيتشوان ، يتتبع مرصد الدش الهوائي العالي الارتفاع (LHAASO) الجسيمات عالية الطاقة من الفضاء. في تاريخ علم فلك انفجار أشعة غاما ، لم ير الباحثون سوى بضع مئات من الفوتونات عالية الطاقة القادمة من هذه الأجسام. LHAASO رأى 5,000 من هذا الحدث. قال "إنفجار أشعة جاما انفجر بشكل أساسي في السماء فوقهم مباشرة" سيلفيا تشو، عالم الفيزياء الفلكية في German Electron Synchrotron (DESY) في هامبورغ.

من بين تلك الاكتشافات وجود فوتون عالي الطاقة مشتبه به عند 18 تيرا إلكترون فولت (TeV) - أعلى بأربع مرات من أي شيء شوهد من انفجار أشعة جاما من قبل وأكثر نشاطًا من أعلى الطاقات التي يمكن تحقيقها بواسطة مصادم الهادرونات الكبير. كان من المفترض أن يكون مثل هذا الفوتون عالي الطاقة قد فُقد في طريقه إلى الأرض ، حيث تمتصه التفاعلات مع ضوء خلفية الكون.

فكيف وصلت هنا؟ واحد إمكانية هو أنه بعد انفجار أشعة جاما ، تم تحويل فوتون عالي الطاقة إلى جسيم يشبه الأكسيونات. أكسيونات هي جزيئات خفيفة الوزن مفترضة قد يفسر المادة المظلمة؛ يُعتقد أن الجسيمات الشبيهة بالأكسون أثقل قليلاً. يمكن أن تكون الفوتونات عالية الطاقة تحولت إلى مثل هذه الجسيمات بواسطة المجالات المغناطيسية القوية ، مثل تلك الموجودة حول النجم المنهار. ثم ينتقل الجسيم الشبيه بالمحور عبر مساحة شاسعة من دون عوائق. عند وصولها إلى مجرتنا ، ستحولها الحقول المغناطيسية مرة أخرى إلى فوتون ، ثم تشق طريقها إلى الأرض.

في الأسبوع الذي يلي الاكتشاف الأولي ، قامت فرق متعددة من علماء الفيزياء الفلكية اقترح هذه الآلية في الأوراق التي تم تحميلها على موقع ما قبل الطباعة العلمي arxiv.org. قال جورجيو جالانتي ، عالم الفيزياء الفلكية في المعهد الوطني للفيزياء الفلكية (INAF) في إيطاليا ، والذي شارك في تأليف أحد أول هذه الأوراق.

ومع ذلك ، يتساءل باحثون آخرون عما إذا كان اكتشاف LHAASO قد يكون حالة خطأ في تحديد الهوية. ربما جاء الفوتون عالي الطاقة من مكان آخر ، وكان وقت وصوله الصحيح مجرد صدفة. قال "أنا متشكك للغاية" ميلينا كرنوجورشيفيتش، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة ماريلاند. "أميل حاليًا إلى كونه حدثًا في الخلفية." (لزيادة تعقيد الأمور ، مرصد روسي وذكرت ضرب بفوتون 251 إلكترون فولت عالي الطاقة قادم من الانفجار. قال راكوسين ، نائب عالم المشروع في تلسكوب فيرمي ، "لكن هيئة المحلفين ما زالت خارجة" بشأن ذلك. "أنا متشكك قليلاً.")

حتى الآن لم يصدر فريق LHAASO نتائج مفصلة لملاحظاتهم. يأمل بيرنز ، الذي ينسق تعاونًا عالميًا لدراسة القارب ، أن يفعلوا ذلك. قال: "أنا فضولي للغاية لمعرفة ما لديهم". لكنه يفهم لماذا قد يكون هناك ما يبرر درجة من الحذر. قال بيرنز: "إذا كنت جالسًا على البيانات التي لديها فرصة بنسبة قليلة في المائة لتحديد دليل على المادة المظلمة ، فسوف أكون حذراً للغاية في الوقت الحالي". إذا كان من الممكن ربط الفوتون بالقارب ، "فمن المحتمل جدًا أن يكون دليلًا على وجود فيزياء جديدة ، وربما مادة مظلمة" ، على حد قول كرنوجوروفيتش. لم يستجب فريق LHAASO لطلب للتعليق.

حتى بدون بيانات LHAASO ، فإن الكمية الهائلة من الضوء التي شوهدت من الحدث يمكن أن تمكن العلماء من الإجابة على بعض أكبر الأسئلة حول انفجارات أشعة غاما ، بما في ذلك الألغاز الرئيسية حول الطائرة نفسها. "كيف يتم إطلاق الطائرة؟ ما الذي يحدث في الطائرة وهي تنتشر في الفضاء؟ " قال تايلر بارسوتان، عالم فيزياء فلكية في جودارد. "هذه أسئلة كبيرة حقًا."

يأمل علماء الفيزياء الفلكية الآخرون في استخدام BOAT للتأكد من سبب إنتاج بعض النجوم فقط انفجارات أشعة جاما أثناء انتقالها إلى مستعر أعظم. قال "هذا أحد الألغاز الكبيرة" إيفيت سينديس، عالم فلك في مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية. "يجب أن يكون نجمًا ضخمًا جدًا. مجرة مثل مجرتنا ربما تنتج كل مليون سنة انفجار أشعة جاما. لماذا يحدث هذا العدد النادر من السكان انفجارات أشعة جاما؟ "

إن ما إذا كانت انفجارات أشعة جاما تؤدي إلى ثقب أسود أو نجم نيوتروني في قلب النجم المنهار هو أيضًا سؤال مفتوح. يشير تحليل أولي لـ BOAT إلى أن الأول حدث في هذه الحالة. قال بيرنز: "هناك قدر كبير من الطاقة في الطائرة يجب أن يكون في الأساس ثقبًا أسود".

ما هو مؤكد هو أن هذه حادثة كونية لن يتم خسوفها للعديد والعديد من الأعمار. قال بيرنز: "سنموت جميعًا قبل أن نحصل على فرصة للقيام بذلك مرة أخرى".