۱۶ آگوست ۲۰۲۵، عکس از نویسنده: روپندرا براهامبات -تصویر مفهومی از تشکیل اکسیون‌ها در یک میدان مغناطیسی.Baac3nes/Getty Images
ماده تاریک همچنان یکی از بزرگترین معماهای فیزیک مدرن است. ستاره‌شناسان می‌دانند که باید وجود داشته باشد زیرا چندین برابر بیشتر از ماده مرئی وزن دارد و رشد کهکشان‌ها را شکل می‌دهد. با این حال، شکل واقعی آن هرگز مشخص نشده است.
یکی از نامزدهای ماده تاریک که مدت‌ها مورد ظن بوده، اکسیون است، ذره‌ای آنقدر سبک و با برهمکنش ضعیف که تاکنون از هر جستجوی علمی عبور کرده است. حتی پیشرفته‌ترین آزمایشگاه‌ها نیز نتوانسته‌اند وجود آن را تشخیص دهند.
اکنون، محققان دانشگاه کپنهاگ دست به کاری غیرمعمول زده‌اند. آنها به جای جستجوی آکسیون‌ها روی زمین، بزرگترین اجرام کیهان را به آزمایش خود تبدیل کرده‌اند. یافته‌های آنها سیگنالی را نشان می‌دهد که به طرز چشمگیری شبیه به اثر انگشت آکسیون‌ها است.
نویسندگان این مطالعه خاطرنشان می‌کنند: «مکان‌های اخترفیزیکی می‌توانند به عنوان آزمایشگاه‌های جایگزین برای فیزیک ذرات عمل کنند. به طور خاص، آنها فرصت‌های منحصر به فردی را برای مطالعه ذرات فرضی که حداقل با اشکال شناخته شده ماده تعامل دارند، ارائه می‌دهند.»
ایده محققان استفاده از خوشه‌های کهکشانی، گره‌های غول‌پیکر صدها کهکشان که توسط گرانش به هم متصل شده‌اند، بود. این خوشه‌ها نه تنها یک کوادریلیون برابر سنگین‌تر از خورشید هستند، بلکه میزبان میدان‌های مغناطیسی هستند که در فضای بین کهکشانی امتداد دارند.
از سوی دیگر، آکسیون‌ها یکی از سبک‌ترین ذرات جهان هستند. پس چگونه می‌توان آنها را در چیزی به بزرگی یک خوشه کهکشانی مشخص کرد؟
به گفته نویسندگان این مطالعه، نوری که از میدان‌های مغناطیسی خوشه‌ها عبور می‌کند، می‌تواند گاهی اوقات به اکسیون تبدیل شود. شواهد این رویداد می‌تواند در تابش منابع درخشان پشت خوشه‌ها ظاهر شود.
محققان ۳۲ منبع از این دست را انتخاب کردند، از جمله کهکشان‌های فعال که توسط سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم تغذیه می‌شوند و هر کدام جریان‌های قدرتمندی از نور پرانرژی تولید می‌کنند. همانطور که این نور در سراسر خوشه وسیع میدان‌های مغناطیسی حرکت می‌کند، ممکن است مقداری از آن به طور خلاصه به اکسیون و دوباره به فوتون تبدیل شده باشد و بی‌نظمی‌های کوچکی در داده‌ها ایجاد کند.
مشکل این است که هر مشاهده واحد مانند یک استاتیک بی‌معنی به نظر می‌رسد. با این حال، وقتی تیم داده‌های هر ۳۲ سیاه‌چاله را ترکیب کرد، اتفاق شگفت‌انگیزی رخ داد. چیزی که قبلاً شبیه نویز تصادفی بود، شروع به هم‌ترازی در یک شکل پله‌ای واضح کرد، نوعی از مدل‌های الگو که پیش‌بینی می‌کنند تبدیل فوتون-اکسیون رخ داده است یا خیر.
«به طور معمول، سیگنال چنین ذراتی غیرقابل پیش‌بینی است و به صورت نویز تصادفی ظاهر می‌شود. اما ما متوجه شدیم که با ترکیب داده‌ها از منابع مختلف، تمام آن نویز را به یک الگوی واضح و قابل تشخیص تبدیل کرده‌ایم. می‌توانید آن را یک زمزمه کیهانی بنامید، که اکنون به اندازه کافی بلند است که می‌توان آن را شنید.» اولگ روچایسکی، نویسنده ارشد مطالعه و استاد دانشگاه کپنهاگ، گفت.
نتایج کپنهاگ وجود اکسیون‌ها را ثابت نمی‌کند، اما ما را به آنها نزدیک‌تر می‌کند. این مطالعه با حذف طیف وسیعی از ویژگی‌های ممکن، مکان‌هایی را که اکسیون‌ها می‌توانند پنهان شوند، محدود کرده است.
لیدیا زادوروژنا، یکی از نویسندگان اصلی و محقق فوق دکترا در دانشگاه کپنهاگ، گفت: «این روش دانش ما در مورد اکسیون‌ها را تا حد زیادی افزایش داده است. اساساً ما را قادر ساخت تا منطقه بزرگی را که می‌دانیم حاوی اکسیون نیست، نقشه برداری کنیم، که این امر فضای موجود در آن را محدود می‌کند.» مقالات پیشنهادی
مهمتر از همه، این روش می‌تواند دوباره، نه تنها با پرتوهای گاما، بلکه با پرتوهای ایکس یا سایر بخش‌های طیف، و توسط گروه‌های تحقیقاتی در سراسر جهان به کار گرفته شود.
اگر مطالعات آینده این سیگنال را تأیید کنند، عواقب آن عمیق خواهد بود. آکسیون‌ها می‌توانند سرانجام جرم نامرئی که کهکشان‌ها را در کنار هم نگه می‌دارد را توضیح دهند و پاسخی برای معمای تقریباً ۱۰۰ ساله ماده تاریک ارائه دهند.
این مطالعه در مجله Nature Astronomy منتشر شده است.
