يرى التلسكوب HAWC مع مجال رؤية واسع نبضات Geming و PSR B0656 + 14 كمنارات لإشعاع غاما ، حجمها الزاوي أكبر من حجم القمر (يتم إعطاؤه للقياس).على الرغم من كل معرفتنا بقوانين الفيزياء ونجاحات النموذج القياسي والنظرية العامة للنسبية ، تفتقر بعض ملاحظات الظواهر في الكون إلى تفسير شامل. لا يزال الكون مليئًا بالغموض ، من تكوين النجوم إلى الأشعة الكونية عالية الطاقة. على الرغم من أننا حققنا العديد من الاكتشافات المتعلقة بالفضاء ، إلا أننا ما زلنا لا نعرف كل شيء. هل هذا يعني أنه يجدر نسب أي تأثير غير معروف إلى عمل المادة المظلمة؟ يسأل قارئنا:
عادة ما يكتب عن المادة المظلمة التي لا تتفاعل مع المادة ، إلا من خلال الجاذبية. فكيف تبحث عنها؟ يبدو وكأنه لغز قديم مع ثقوب سوداء تمتص كل شيء. ثم قرأت في مقال آخر أنه يمكن اكتشافه بوسائل أخرى ، وليس فقط من خلال عدسة الجاذبية. كيف يبيد؟ هل يبدو إبادة البوزيترونات بالإلكترونات؟
يسرد الكثير من الألغاز والكثير من الأدلة على وجود المادة المظلمة. لكن إرجاع جميع الألغاز إلى عمل الترجمة ليس مجرد نهج قصير النظر ، ولكنه أيضًا مثال رائع لإثبات ما يحدث عندما ينفد العلماء من الأفكار الجيدة.
تتعدى كل مجرتان كبيرتان مشرقتان في مركز عنقود الشعر فيرونيكا ، NGC 4889 (على اليسار) و NGC 4874 (على اليمين ، أصغر قليلاً) ، مليون سنة ضوئية. لكن الحركة السريعة للمجرات الموجودة على المحيط تشير إلى وجود هالة كبيرة من المادة المظلمة عبر كامل حجم الكتلةالمادة المظلمة منتشرة في جميع أنحاء الكون. تم اقتراح مفهومها لأول مرة في ثلاثينيات القرن العشرين لشرح الحركة السريعة للمجرات الفردية في العناقيد ، حيث اتضح أن جميع المواد الطبيعية - المكونة من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات - لم تكن كافية لشرح الكمية الإجمالية للجاذبية. هذه هي النجوم والكواكب والغاز والغبار والبلازما بين النجوم وبين المجرات ، والثقوب السوداء وكل ما يمكننا قياسه. هناك العديد من العوامل المقنعة التي تدعم المادة المظلمة.
يتم التحكم في الشبكة الفضائية بواسطة المادة المظلمة ، ويتم تحديد الهياكل على نطاق واسع من خلال معدل التوسع والطاقة المظلمة. يتم تشكيل الهياكل الصغيرة الواقعة على طول الخيوط بسبب انهيار المادة الطبيعية التي تتفاعل كهرومغناطيسيًا.وهذا لا يشمل المجرات فقط في العناقيد ، على الرغم من أن كل مجموعة تحتاجها بالتأكيد. TM ضروري من أجل:
- أوصاف خصائص دوران المجرات ،
- تشكيل المجرات بأحجام مختلفة ، من المجرات الإهليلجية العملاقة بحجم مجرة درب التبانة إلى المجرات القزمة الصغيرة ،
- التفاعل بين أزواج المجرات ،
- خصائص مجموعات المجرات وخصائص مجموعات المجرات في المقاييس الكبيرة ،
- شبكة الفضاء ، بما في ذلك هيكلها الخيط ،
- طيف تقلب CMB ،
- التأثيرات المرصودة لعدسات الجاذبية في الكتل البعيدة ،
- الاختلافات بين التأثيرات المرصودة للجاذبية والمادة الطبيعية الموجودة في مجموعات المجرات المتصادمة.
من المقاييس الصغيرة للمجرات الفردية إلى الكون ، هناك حاجة ماسة للمادة المظلمة.
توضح الأشعة السينية (باللون الوردي) وخرائط المادة العامة (الزرقاء) لمختلف مجموعات المجرات المتصادمة الفرق بين المادة الطبيعية وتأثيرات الجاذبية - وهذا هو أحد أكثر الأدلة إقناعًا لوجود المادة المظلمة. يجب أن تصبح النظريات البديلة للجاذبية متوترة للغاية لدرجة أن الكثيرين يجدونها سخيفةإذا قمت بدمج هذا مع بقية علم الكونيات ، فسوف نتلقى أدلة على أن كل مجرة ، بما في ذلك مجرتنا ، تحتوي على هالة مضللة ضخمة من TM المحيطة. على عكس النجوم والغاز والغبار في المجرات الموجودة على شكل قرص ، يجب أن تكون هالة TM كروية ، لأن هناك الكثير من الأدلة على أن TM ، على عكس المادة الطبيعية القائمة على الذرة ، لا تتسطح عندما تصطدم مع نفسها أو بالمادة العادية. علاوة على ذلك ، يجب أن تكون TM أكثر كثافة حول مركز المجرة ، وأن تنخفض كثافتها عندما تتحرك بعيدًا ، وتمتد أيضًا ، على الأرجح ، على مسافة عشرة أضعاف توزيع النجوم. أخيرًا ، في كل هالة يجب أن يكون هناك كتل صغيرة من TM.
وفقًا للنماذج والمحاكاة ، يجب أن تكون جميع المجرات محاطة بهالة من المادة المظلمة مع ذروة كثافة في مركز المجرة. ومع ذلك ، إذا لم يطيع TM فقط نماذج معينة وله خصائص محددة ، فسيكون من الصعب تفسير زيادة البوزترونات أو أشعة غامالشرح مجموعة كاملة من الملاحظات المذكورة أعلاه والعديد من الآخرين ، لا ينبغي أن يكون TM أي خصائص أخرى ، باستثناء ما يلي:
- يجب أن يكون لديها كتلة ؛
- يجب أن تتفاعل مع الجاذبية.
- يجب أن يتحرك ببطء نسبة إلى سرعة الضوء من أقدم الأوقات ؛
- من الناحية العملية ، يجب ألا تواجه أنواعًا أخرى من التفاعلات.
هذا كل شيء. جميع التفاعلات الأخرى محدودة للغاية ، ولكنها غير مستبعدة.
فلماذا ، في كل مرة يحدث فائض من أي نوع من الجسيمات الطبيعية أثناء الملاحظة الفيزيائية الفلكية - الفوتونات ، البوزيترونات ، البروتونات المضادة ، إلخ. - هل يسعى الناس في المقام الأول إلى "إلقاء اللوم" TM؟
إذا كنت لا تعرف كيف تفسر الملاحظات التي لا تتعلق بالجاذبية ، فلام اللوم TM على كل شيء على الفور - فهذا يعني الإمساك بالقشة.في نوفمبر 2017 ، نشر فريق يدرس مصادر أشعة غاما بالقرب من النجوم النابضة عملهم
في مجلة Science وحاول أن يفهم بشكل أفضل من أين يأتي الفائض المرصود من البوزيترونات. يظهر Positrons ، الجسيمات المضادة للإلكترونات ، بشكل طبيعي عند تسريع جزيئات المادة الطبيعية إلى طاقات عالية بما فيه الكفاية ، ونتيجة لذلك يمكن أن تظهر أزواج الإلكترون البوزيترون في التصادمات ، بناءً على Einstein's E = mc
2 . في التجارب في فيزياء الجسيمات ، نقوم بإنشاء هذه الأزواج على أساس روتيني ، ويمكننا أيضًا رؤية أدلة على إنشاء البوزيترونات في الفيزياء الفلكية - سواء بشكل مباشر ، عند البحث عن الأشعة الكونية ، وليس بشكل مباشر ، دراسة علامات الطاقة من إعادة بناء الإلكترونات البوزيترونية.
تم قياس الإشارات المميزة لإعادة إبادة الإلكترون-البوزيترون عند طاقات منخفضة ، عند خط الفوتون من 511 كيلو فولت ، بشكل شامل بواسطة القمر الصناعي INTEGRALتظهر العلامات الفيزيائية الفلكية لوجود البوزيترونات حول مركز المجرة ، وتتركز حول مصادر نقطية مثل النجوم النجمية والنجوم النابضة الموجودة في المنطقة الغامضة من مجرتنا تسمى "
المبيد العظيم " ، وتتم ملاحظتها كخلفية متناثرة من أصل غير معروف. شيء واحد واضح: بشكل عام ، نرى المزيد من البوزيترونات أكثر مما كنا نتوقع. هذا معروف منذ سنوات: نتيجة لقياسات
PAMELA ،
Fermi ،
مطياف ألفا المغناطيسي على متن محطة الفضاء الدولية. في الآونة الأخيرة ، قام مرصد
HAWC بقياس أشعة غاما ذات الطاقة العالية جدًا من ترتيب TeV ، مما يشير إلى أن الجسيمات المتناثرة بشدة تأتي إلينا من اتجاه النجوم النابضة في منتصف العمر. ولكن ، لسوء الحظ ، هذا لا يكفي لتفسير فائض البوزيترونات.
من الصعب تفسير زيادة بوزيترونات الطاقة العالية ، لكن غياب تسطيح الرسم البياني للطيف ، الذي استمر بسبب قياسات HAWC ، يشير إلى أن المادة المظلمة كانت السبب في ذلكولكن لسبب ما ، مع كل قياس جديد لفائض البوزيترون أو ملاحظة مصدر فيزيائي فلكي لا يمكن أن يكون مسؤولاً عنه ، تبدأ المحادثات على الفور بأسلوب "لا يمكننا تفسير ذلك ، وبالتالي فإن المادة المظلمة هي المسؤولة". وهذا أمر سيئ - هناك عدد غير قليل من المرشحين لمصادر الفيزياء الفلكية التي لا تتطلب أي غريبة:
- الإنتاج الثانوي للبوزترونات وأشعة غاما على الجسيمات الأخرى ،
- النجوم الصغيرة أو غيرها من المواد التي تمتص الثقوب السوداء ،
- النجوم النابضة جداً أو القديمة جداً ، بما في ذلك المغناطيسات ،
- بقايا السوبرنوفا.
وهذه ليست قائمة كاملة - مجرد أمثلة لما يمكن أن يسبب هذا الفائض.
بقايا السوبرنوفا لا تقوم فقط بإلقاء العناصر الثقيلة التي تم إنشاؤها أثناء الانفجار مرة أخرى إلى الكون - يمكن تحديد وجود هذه العناصر من الأرضيميل العديد من العلماء العاملين في هذا المجال إلى المادة المظلمة بشكل رئيسي لأنه إذا أهلكت وأنتجت أشعة جاما وجزيئات المادة الطبيعية ، فستكون ثورة واختراقًا. سيكون هذا مثاليًا لصيادي المادة المظلمة بين علماء الفيزياء الفلكية. لكن التفكير بالتمني لا ينجح ، وبقدر ما يمكننا أن نحكم ، فإن إبادة جزيئات المادة المظلمة لم نكتشفها بعد. وعلى الرغم من تمييز TM دائمًا على أنه تفسير محتمل لفائض البوزيترونات ، فإن هذا ليس أكثر احتمالًا من
نشاط الأجانب في حالة نجم Tabby .
تُعرف فكرة إرفاق نجم في غلاف من مواد تجميع الضوء باسم "كرة دايسون". أثناء البناء ، يمكن أن يغطي المزيد والمزيد من ضوء النجوم. هذا التفسير غير المحتمل لنشاط نجم العانس مشابه لتفسير فائض البوزيترونات باستخدام TMاتصلت بريندا دينجوس ، المشرف على مشروع HAWC ، وعلقت عليه على النحو التالي:
ليس هناك شك في أن البوزيترونات لها مصادر أخرى. ومع ذلك ، لا ينتشر البوزيترونات بعيدًا عن مصادر ومصادر البوزيترونات في المنطقة المجاورة ليس هناك الكثير. تم اكتشاف أفضل مرشحين من قبل HAWC ، والآن نعرف عدد البوزيترونات التي ينبعث منها. ونعلم أيضًا كيف تنتشر هذه البوزيترونات من المصادر ، وهذا يحدث ببطء أكثر مما كان يعتقد سابقًا. لذلك ، على الرغم من تأكيدنا على وجود مصادر بوزيترون في مكان قريب ، وجدنا أن البوزيترونات تنتشر ببطء شديد من المصدر ، وبالتالي فهي غير مسؤولة عن زيادة البوزيترونات الموجودة على الأرض.
عند شطب أحد الاحتمالات ، فإنه يزيد من احتمال الآخرين. ومع ذلك ، هذا لا يعني أن هذه البوزيترونات تأتي بالضرورة من المادة المظلمة. لم نقصد ذلك.
يقترح الفائض المفترض من البوزيترونات في ملاحظات HAWC أن جزءًا صغيرًا فقط من العدد المطلوب من البوزيترونات يمكن أن يأتي من مصادر مثل النجوم النابضة القريبة في منتصف العمر.حقيقة أن البيانات من HAWC تفسر وجود 1 ٪ فقط من البوزيترونات التي لوحظت في تجارب أخرى هي في الواقع كذلك ، وهذا أمر رائع - وتقترح أن هناك شيء آخر هو المسؤول عن وجودهم. عندما يكون لديك ملاحظة مفادها أن الأفكار العادية لا يمكن أن تفسر ، على سبيل المثال ، فائض من البوزيترونات الفيزيائية الفلكية ، يمكنك طرح فكرة أن هذا TM يظهر تفاعلات مطولة. ولكن من المرجح أن بعض العمليات الفيزيائية الفلكية الأخرى تسرع الجسيمات العادية المعروفة ، مما يؤدي إلى مثل هذه التأثيرات. عندما يظهر لغز في العلم ، من الضروري إبقاء العقل منفتحًا على إمكانية الثورة ، ولكن الرهان على المألوف. ولا تصدق أبدا الضجيج الذي يدعي العكس.