توهج غاما في درب التبانة: إشارة حقيقية أم لحظة سيئة الحظ؟

يرصد تلسكوب فيرمي واسع المساحة (Fermi Large Area Telescope) قدرًا من أشعة غاما ذات طاقة تقارب جيجا إلكترون فولت واحدًا (GeV، وحدة لقياس طاقة الجسيمات) قادمًا من نحو 10 درجات المركزية من درب التبانة، يفوق ما تستطيع المصادر المعروفة ونماذج التوهج المنتشر للمجرة تفسيره. وتصف إيزابيل ساندز (Isabel Sands)، من معهد كافلي للفيزياء الفلكية وأبحاث الفضاء في معهد ماساتشوستس للتقنية، وفيليب هوبكنز (Philip Hopkins)، من مجموعة TAPIR في معهد كاليفورنيا للتقنية، أصله بأنه مسألة مفتوحة منذ قرابة عقدين. ترى بعض الدراسات في هذا «الفائض في مركز المجرة» دليلًا دامغًا على جسيمات مادة مظلمة يُفني بعضها بعضًا وتتحول إلى أشعة غاما. وتنسبه دراسات أخرى إلى مصادر نقطية غير مُميَّزة — حشد أخفت من أن يُرى فردًا فردًا — مثل مجموعة جديدة من النجوم النابضة الميلي ثانية، وهي نجوم ميتة تدور بسرعة هائلة.

وقد واجه المعسكران كلاهما صعوبات. فبعض الدراسات تجد أن الفائض يتبع شكل الانتفاخ النجمي المركزي للمجرة، ما يشير إلى أصل فيزيائي فلكي. ويبدو أن المركز يفتقر إلى عدد كافٍ من الأنظمة النجمية التي يُفترض أن تولد منها النجوم النابضة المطلوبة.

مجرة متجمدة في الزمن

يشير المؤلفان إلى نقطة ضعف تشترك فيها جميع الدراسات السابقة تقريبًا. فلكي تتنبأ بالتوهج «الطبيعي» لأشعة غاما، تعتمد على شيفرات حاسوبية تعامل الأشعة الكونية — وهي جسيمات مشحونة سريعة مثل البروتونات والإلكترونات والأنوية الأثقل — كما لو كانت في حالة مستقرة، موزعة بالتساوي حول محور المجرة. ولا تستطيع هذه الشيفرات تتبّع أي شيء يتغير مع الزمن: الرياح المجرية، والغاز المرتبط بالحقول المغناطيسية، والاضطراب.

في المحاكاة المستخدمة هنا، تُطلق المستعرات العظمى الأشعة الكونية. وفي أثناء انتقالها، تنتج أشعة غاما بثلاث طرق، تعتمد اثنتان منها على كمية الغاز التي تصطدم بها. فإذا نُمذجت كضباب هادئ ومتوسَّط، بقي أي تفاوت حقيقي على شكل بقايا غير مفسَّرة.

مجرتا درب تبانة افتراضيتان

أخذ ساندز وهوبكنز ثلاث مجرات محاكاة شبيهة بدرب التبانة من مشروع FIRE-2، نمت منذ بدايات الكون مع حقول مغناطيسية وغاز وعدة أنواع من جسيمات الأشعة الكونية. استُبعدت إحداها، m12i، لأن قرصها ملتوٍ بشدة، على عكس قرص مجرتنا. فبقيت m12f، ذات القرص الأكثر تسطحًا، وm12m، ذات الانتفاخ الأوضح. ولا تتضمن أيٌّ منهما انبعاثًا من المادة المظلمة ولا نجومًا نابضة: فالتوهج الوحيد لأشعة غاما يأتي من الأشعة الكونية التي تطلقها المستعرات العظمى.

بنى الفريق لكل مجرة مرجعًا «هادئًا»: متوسط جميع اللقطات — أي المجرة المحاكاة محفوظةً في لحظات متعاقبة — التي كان سطوعها الإجمالي في أشعة غاما دون الوسيط. ثم طرحوه من كل لقطة بين 460 و20 مليون سنة مضت، ودرسوا ما تبقى — البقايا — ضمن 10 و20 درجة من المركز.

مدى ابتعاد كل مركز مجري محاكى عن متوسطه الهادئ، بحسب الطاقة: تغطي الأشرطة الملونة النصف الأوسط من جميع اللقطات (ثلاث نسخ، تحتسب التوهج القادم من أعماق مختلفة على امتداد خط رؤيتنا)، وتُظهر النقاط السوداء الفائض الذي قاسه فيرمي، واقعًا داخلها بفارق مريح. — الشكل 3، Sands وHopkins (2026)، arXiv:2610.32845.

نتوءات تأتي وتذهب

لا تهدأ البقايا أبدًا. تظهر فوائض يتراوح عرضها بين درجة واحدة وأكثر من 10 درجات حيثما انفجر مؤخرًا مستعر أعظم أو عنقود منها، وغالبًا ما تكون أكبر بكثير من الفائض الذي يقيسه فيرمي. وفي كل تكوين جرى اختباره، يقع الفائض الحقيقي بارتياح ضمن النصف الأوسط من البقايا المحاكاة (بين مئينيها الخامس والعشرين والخامس والسبعين). وبجوار كل بقعة ساطعة توجد عادةً بقعة خافتة: فالانفجارات تدفع الغاز المحيط بعيدًا.

ثم تأتي الحالة التي تمنح الورقة مغزاها. ففي إحدى لقطات m12f، تضاهي البقايا فائض فيرمي في السعة والشكل معًا، وتكون كروية تقريبًا ضمن الدرجات العشر المركزية. وهي ناتجة عن ثلاثة عناقيد منفصلة على الأقل من المستعرات العظمى.

عشر لقطات للمجرة m12f على مدى 100 مليون سنة، ملونة بحسب قِدم حدوثها: يتبع المنحنى السميك عن كثب الفائض الذي قاسه فيرمي (النقاط السوداء)، بينما ترتفع المنحنيات الأخرى وتنخفض عند كل طاقة. — الشكل 5، Sands وHopkins (2026)، arXiv:2610.32845.

السبب هو التوقيت. ففي الكيلوفرسخ الفلكي المركزي (نحو 3,260 سنة ضوئية)، تحتاج الأشعة الكونية إلى نحو مليون سنة لتنتشر — أي قرابة المدة التي يستغرقها تغيّر الغاز المحيط وطيف أشعة غاما. وهي في العادة لا تجد الوقت لتنتشر بالتساوي قبل الاضطراب التالي.

هل ضُبطت في لحظة سيئة الحظ؟

مركز درب التبانة هو المركز المجري الوحيد الذي يستطيع فيرمي رصده بالتفصيل. ويكتب المؤلفان أنه قد يكون مجرد مصادفة أن يُظهر طيفه فائضًا عند 1–10 GeV في هذا الوقت تحديدًا. ويسمّيان ذلك تأثير النظر في مكان آخر (look-elsewhere effect): ربما ضبطنا مجرتنا في لحظة غير مواتية.

ويقدمان قراءتين. الحذرة: بافتراض حالة مستقرة، قلّلت التحليلات السابقة كثيرًا من تقدير أوجه عدم اليقين الناشئة عن مصادر عادية تمامًا. والجذرية: قد تفسّر زيادة مؤقتة في التوهج المنتشر الفائضَ من دون مادة مظلمة أو نجوم نابضة جديدة. وفي الحالتين، يريان أن النماذج المستخدمة في تحليل بيانات فيرمي يجب أن تُراجَع.

ما لا تستطيع مجرتان قوله

لا تقدم الورقة أي احتمال. فبمجرتين محاكاتين فقط، لا يستطيع المؤلفان قياس عدد المرات التي تنتج فيها فيزياء الأشعة الكونية العادية شبيهًا للفائض — وهو ما يتطلبه أي ادعاء إحصائي صارم. وتكوّن مجرتاهما النجوم في الكيلوفرسخ الفلكي المركزي أسرع بـ10 إلى 100 مرة من المنطقة المركزية لدرب التبانة، لذا قد تكونان أعنف. ولا تتضمنان ثقبًا أسود مركزيًا، وتستخدمان نموذجًا واحدًا لانتقال الأشعة الكونية من بين عدة نماذج؛ ومن المرجح أن تضيف نماذج أخرى مزيدًا من التباين على المقاييس الصغيرة.

ويصف المؤلفان عملهما بأنه إثبات للمفهوم، ويقترحان اختبارًا. فلو كانت لمراكز مجرية أخرى فوائض عند طاقات أخرى، لرجّح ذلك بقوة مصدرًا فيزيائيًا فلكيًا متغيرًا. ولو أظهرت جميعها النتوء نفسه عند 1–10 GeV، لشكّل ذلك حجة مقنعة لصالح المادة المظلمة.