المادة المظلمة في مركز مجرتنا الأم 

أجرى تلسكوب فيرمي رصدًا واضحًا لانبعاث أشعة غاما الزائد في مركز مجرتنا الأم والذي بدا غير كروي ومسطح. يشار إلى فائض مركز المجرة (GCE) ، وهو فائض أشعة غاما هذا هو علامة محتملة على أن المادة المظلمة تنشأ كناتج عن الفناء الذاتي للجسيمات الضخمة المتفاعلة بشكل ضعيف (WIMPs) ، وهو مرشح لجسيمات المادة المظلمة. ومع ذلك ، قد يكون فائض أشعة غاما المرصود في مركز المجرة أيضًا بسبب النجوم النابضة القديمة الملي ثانية (MSPs). حتى الآن ، كان يُعتقد أن مورفولوجيا GCE بسبب المادة المظلمة (DM) ستكون كروية. تكشف دراسة محاكاة حديثة أن مورفولوجيا أشعة غاما بسبب DM يمكن أن تكون غير كروية ومسطحة بشكل كبير. هذا يعني أن كل من فناء المادة المظلمة (DM) وفرضيات النجوم النابضة الملي ثانية (MSPs) لـ GCE المرصودة ممكنة بنفس القدر. ستكون لأشعة غاما الناتجة عن فناء المادة المظلمة (DM) طاقة عالية جدًا تبلغ حوالي 0.1 تيرا إلكترون فولت (TeV). لا تستطيع تلسكوبات أشعة غاما القياسية رصد هذه الفوتونات عالية الطاقة مباشرةً. لذا، يُمكن تأكيد نموذج المادة المظلمة (DM) لفائض مركز المجرة (GCE) بعد استكمال دراسات مراصد أشعة غاما التيرا غاما، مثل مرصد مصفوفة تلسكوبات تشيرينكوف (CTAO) ومرصد أشعة غاما الجنوبي واسع المجال (SWGO).

بدأت قصة المادة المظلمة في عام 1933 عندما لاحظ فريتز زويكي أن المجرات سريعة الحركة في عنقود كوما لا يمكنها التماسك والبقاء مستقرة دون وجود مادة إضافية غير مرئية بطريقة ما ولكنها تمارس تأثيرًا جاذبيًا كافيًا لمنع المجرات من التفكك. وقد صاغ مصطلح "المادة المظلمة" للإشارة إلى هذه المادة غير المرئية. في ستينيات القرن الماضي، قدمت فيرا روبين مساهمة أساسية في فهمنا للمادة المظلمة. لاحظت أن النجوم على الحواف الخارجية لمجرة أندروميدا والمجرات الأخرى تدور بسرعة تعادل سرعات النجوم باتجاه المركز. بالنسبة للمجموع المعين لجميع المادة المرصودة، كان من المفترض أن تبتعد المجرة عن بعضها مما يستلزم وجود بعض المادة غير المرئية الإضافية التي تبقي المجرات معًا وتتسبب في دورانها بسرعات عالية. قدمت قياساتها لمنحنيات دوران مجرة ​​أندروميدا أقدم دليل على وجود المادة المظلمة.  

نعلم الآن أن المادة المظلمة لا تتفاعل مع الضوء أو القوة الكهرومغناطيسية. فهي لا تمتص أو تعكس أو تصدر الضوء أو أي إشعاعات كهرومغناطيسية أخرى، وهي غير مرئية، ولذلك تُعرف بالظلام. لكنها تتجمع بفعل الجاذبية، ولها تأثير جاذبي على المادة العادية، وهذه هي الطريقة التي يُستنتج بها وجودها في الفضاء عمومًا. تحافظ المادة المظلمة على توازن المجرات بفضل تأثير الجاذبية، حيث تُشكل ما يصل إلى 26.8% من محتوى طاقة الكتلة في الكون، بينما يُشكل الكون المرئي بأكمله، بما في ذلك المادة الباريونية العادية التي نتكون منها جميعًا، 4.9% فقط من الكون. أما نسبة 68.3% المتبقية من محتوى طاقة الكتلة في الكون فهي طاقة مظلمة.  

لا يُعرف على وجه اليقين ماهية المادة المظلمة. لا تمتلك أي من الجسيمات الأساسية في النموذج القياسي الخصائص اللازمة لتصنيفها كمادة مظلمة. ربما تُشكل "الجسيمات فائقة التناظر" الافتراضية، التي تُعدّ نظيرة للجسيمات الموجودة في النموذج القياسي، المادة المظلمة. وربما يوجد عالم موازٍ للمادة المظلمة. تُعتبر الجسيمات الضخمة ذات التفاعل الضعيف (WIMPs)، والأكسيونات، والنيوترينوات العقيمة، من الجسيمات المفترضة خارج النموذج القياسي، وهي من أبرز المرشحين. مع ذلك، لم يُحرز أي نجاح حتى الآن في رصد هذه الجسيمات.

هناك العديد من المشاريع الجارية حاليًا (مثل تجربة زينون، ومشروع دارك سايد-20 ألف ، وتجربة يوريكا، ومشروع ريس-نوفا ) للكشف المباشر عن جسيمات المادة المظلمة. وتعتمد هذه المشاريع في الغالب على كواشف الغازات النبيلة السائلة أو الكواشف المبردة المصممة لرصد الإشارات الخافتة الناتجة عن تفاعلات جسيمات المادة المظلمة. ومع ذلك، ورغم وجود العديد من المناهج المبتكرة، لم يتمكن أي مشروع حتى الآن من الكشف المباشر عن أي جسيم من جسيمات المادة المظلمة.

للحصول على دليل غير مباشر على وجود المادة المظلمة، يمكن البحث عن التأثيرات التجاذبية للمادة المظلمة، كما فعل فريتز زويكي وفيرا روبين لاكتشافها من خلال دراسة كيفية تماسك المجرات على الرغم من سرعاتها العالية بشكل غير متناسب مع المادة العادية المرصودة. كما يمكن أن توفر التأثيرات التجاذبية للعدسة (انحناء الضوء) وتأثيراتها على حركة النجوم في الفضاء دليلاً غير مباشر على وجود المادة المظلمة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تشير نواتج الفناء (مثل أشعة غاما والنيوترينوات والأشعة الكونية) الناتجة عن اصطدام جسيمات المادة المظلمة ببعضها البعض في الفضاء إلى وجودها. ومن بين هذه المواقع التي تم التنبؤ بوجود المادة المظلمة فيها بناءً على نواتج فناء جسيمات المادة المظلمة مركز مجرتنا درب التبانة.  

اكتشاف المادة المظلمة في مركز مجرتنا درب التبانة  

ظهرت مؤشرات على وجود توهج مركزي فائض من الموجات الميكروية المنتشرة في مركز مجرة ​​درب التبانة (MW). واقترح أن هذا التوهج الزائد ناتج عن انبعاث السنكروترون من الإلكترونات والبوزيترونات النسبية الناتجة عن فناء المادة المظلمة (WIMP)، وبالتالي، تنبأ بوجود إشارة أشعة غاما منتشرة ممتدة في نطاق طاقة يصل إلى بضع مئات من الجيجا إلكترون فولت. بعد ذلك، رصد تلسكوب فيرمي-لارج رياكشن (LAT) إشارة أشعة غاما التي حُددت على أنها فائض مركز المجرة (GCE). وسرعان ما أُدرك أن فائض مركز المجرة (GCE) قد يكون ناتجًا أيضًا عن النجوم النيوترونية القديمة (النجوم النابضة بالملي ثانية). كان يُعتقد أن شكل GCE سيكون مهمًا - حيث أن شكل GCE الكروي المتماثل سيكون مؤشرًا على انبعاث أشعة غاما من فناء جسيمات المادة المظلمة (DM) في حين أن شكل GCE المسطح سيكون مؤشرًا على انبعاث أشعة غاما من النجوم النابضة بالملي ثانية (MSP).  

كشفت عمليات الرصد المكثفة لمركز مجرة ​​درب التبانة بواسطة تلسكوب فيرمي-المساحة الكبيرة (LAT) عن كروية مسطحة. عادةً، يُربط عدم كروية المرصودة بالنجوم القديمة (MSP)، إلا أن دراسة حديثة نُشرت في 16 أكتوبر 2025 خلصت إلى أن أشكال GCE التي تنبأت بها نماذج فناء النجوم القديمة (MSP) والمادة المظلمة (DM) لا يمكن التمييز بينها.   

لدراسة توزيع المادة المظلمة، أجرى الباحثون محاكاةً لشكل المجرات الشبيهة بمجرة درب التبانة (MW). ووجدوا أن هالات المادة المظلمة حول المجرات، وكذلك حول المناطق المركزية منها، نادرًا ما كانت كروية كما هو مفترض في النموذج متباين الخواص. وبدلاً من ذلك، أظهر التحليل إسقاطًا مسطحًا لكثافة المادة المظلمة لجميع المجرات. وقد ظهر هذا التوزيع غير المحوري للمادة المظلمة (DM) أيضًا من خلال تاريخ اندماج مجرة ​​درب التبانة في أول ثلاثة مليارات سنة من تاريخ الكون. أما الشكل المرصود للمادة المظلمة (GCE) فهو مسطح فوق المنطقة المركزية، وهو ما يُعتقد عمومًا أنه سمة مميزة لتوزيع النجوم القديمة (MSP). وقد أظهرت الدراسة الجديدة أن المادة المظلمة (DM) تُنتج توزيعًا صندوقيًا مشابهًا. وبالتالي، فإن فرضيات فناء المادة المظلمة (DM) والنجوم النابضة بالملي ثانية (MSPs) للمادة المظلمة المرصودة ممكنة بنفس القدر.   

سيُعرف ما إذا كان مصدر GCE المرصود هو المادة المظلمة (DM) أم النجوم النابضة بالملي ثانية (MSPs) عندما تُكمل مراصد أشعة غاما، مثل مرصد مصفوفة تلسكوب تشيرينكوف (CTAO) ومرصد أشعة غاما الجنوبي واسع المجال (SWGO)، دراساتها لأشعة غاما تيرا-جاما مستقبلًا. ستكون أشعة غاما الناتجة عن فناء المادة المظلمة (DM) في مركز المجرة فوتونات عالية الطاقة للغاية، بمستوى طاقة عالٍ جدًا يبلغ حوالي 0.1 تيرا-إلكترون-فولت (TeV). لا تستطيع تلسكوبات أشعة غاما القياسية رصد هذه الفوتونات عالية الطاقة مباشرةً. ستكون أشعة غاما تيرا-جاما هدفًا مهمًا لمراصد أشعة غاما المستقبلية مثل CTAO وSWGO.  

تُمثل هذه الدراسة خطوةً للأمام في مجال اكتشاف المادة المظلمة في الفضاء من خلال نواتجها التدميرية، إلا أن وجودها في مركز المجرة سيتطلب تأكيدًا من مراصد أشعة غاما فائقة الطاقة، مثل CTAO وSWGO، في المستقبل. وسيُحقق الكشف المباشر عن أي جسيم من جسيمات المادة المظلمة تقدمًا أكبر بكثير في علم المادة المظلمة.  

*** 

المراجع:  

1. هوشبيرج، واي.، كان، واي. إف.، ليان، آر. كيه. وآخرون. مناهج جديدة لاكتشاف المادة المظلمة. مجلة نات ريف فيز 4، 637-641 (2022). https://doi.org/10.1038/s42254-022-00509-4 

2. ميسياسيكا م. وروسيب ن. 2024. الكشف المباشر عن المادة المظلمة: مراجعة نقدية. سيمتري 2024، 16(2)، 201؛ معرف الوثيقة الرقمية (DOI): https://doi.org/10.3390/sym16020201  

3. معهد الفيزياء الجسيمية. بحثًا عن المادة المظلمة: نهج جديد لاكتشاف ما هو غير مرئي. ٢٢ أغسطس ٢٠٢٥. متاح على https://webific.ific.uv.es/web/en/content/search-dark-matter-new-approach-detecting-invisible 

4. مورو م.م. وآخرون (٢٠٢٥). مورفولوجيا مركز مجرة ​​فيرمي-لات الزائدة للمادة المظلمة في محاكاة مجرة ​​درب التبانة. رسائل المراجعة الفيزيائية. ١٣٥، ١٦١٠٠٥. نُشر في ١٦ أكتوبر ٢٠٢٥. DOI: https://doi.org/10.1103/g9qz-h8wd نسخة ما قبل الطباعة متوفرة على arXiv. قُدِّمت في ٨ أغسطس ٢٠٢٥. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.06314  

5. جامعة جونز هوبكنز. أخبار - توهج غامض في درب التبانة قد يكون دليلاً على وجود المادة المظلمة. نُشر في ١٦ أكتوبر ٢٠٢٥. متوفر على https://hub.jhu.edu/2025/10/16/mysterious-glow-in-milky-way-dark-matter/  

6. معهد لايبنيز للفيزياء الفلكية. أخبار - درب التبانة يُظهر فائضًا في أشعة غاما نتيجة فناء المادة المظلمة. نُشر في ١٧ أكتوبر ٢٠٢٥. متوفر على https://www.aip.de/en/news/milkyway-gammaray-darkmatter-annihilation/  

7. تلسكوب فيرمي الفضائي لأشعة غاما. متوفر على https://science.nasa.gov/mission/fermi/  

8. مرصد مصفوفة تلسكوبات شيرينكوف (CTAO). متوفر على https://www.ctao.org/emission-to-discovery/science/  

9. مرصد أشعة غاما الجنوبي واسع المجال (SWGO). متوفر على https://www.swgo.org/SWGOWiki/doku.php?id=swgo_rel_pub  

10. مرصد تارتو. الجانب المظلم من الكون. متوفر على https://kosmos.ut.ee/en/dark-side-of-the-universe 

***