MGONGANO WA AJABU NDANI YA MTEGO WA MAADA GIZA

Maada giza ndiyo sehemu kubwa ya maada katika ulimwengu, lakini hakuna aliyewahi kunasa chembe yake hata moja. Kwa miongo kadhaa, wagombea waliopendelewa walikuwa chembe nzito zinazosonga polepole zinazoitwa WIMP. Matangi makubwa ya zenoni ya kimiminika, yaliyozikwa chini kabisa ardhini, yanasubiri moja ya chembe hizo igonge kiini cha zenoni na kukirudisha nyuma.

Tukio moja lisiloendana

Jaribio la LUX-ZEPLIN (LZ) hivi karibuni lilipanua utafutaji wake hadi migongano yenye nguvu zaidi. Katika dirisha lake kuu la nishati, kuanzia kiloelektronivolti 5.4 hadi 50, halikuona chochote kisicho cha kawaida. Lakini juu zaidi, lilirekodi tukio moja la kiloelektronivolti 248, katika eneo ambalo karibu hakuna kelele ya usuli inayotarajiwa. Umuhimu wake wa kienyeji ni sigma 3.4: unavutia, lakini si ugunduzi.

Tatizo ni la kikinematiki. Ili kugonga kiini cha zenoni kwa nguvu hiyo, chembe lazima ibebe momentamu kubwa — takriban 246 MeV/c. Maada giza inayoelea polepole katika Galaksi yetu haiwezi kufanya hivyo isipokuwa iwe nzito sana, zaidi ya takriban mara 74 ya uzito wa protoni. Lakini modeli nzito za aina hiyo zimekataliwa kwa kiasi kikubwa na ukimya katika nishati ya chini.

Chembe nyepesi za kasi kutoka mashimo meusi yanayokufa

Njia nyingine ya kutoa pigo kama hilo ni chembe iliyo nyepesi lakini yenye kasi kubwa mno. Chanzo cha asili: mashimo meusi ya awali (primordial black holes), ambayo baadhi ya nadharia zinasema yaliundwa katika ulimwengu wa awali kabisa. Yale yenye uzito wa asteroidi — gramu 10¹¹ hadi 10¹³ — yangekuwa yanayeyuka leo kupitia mnururisho wa Hawking, yakirusha kila aina ya chembe iliyo nyepesi kuliko halijoto yao, huenda ikiwemo maada giza.

Jitumani Kalita, wa Taasisi ya Teknolojia ya India Guwahati, alikokotoa kile ambacho mtiririko kama huo ungefanya ndani ya LZ. Ili kutoa mgongano wa keV 248, chembe inayoingia inahitaji takriban 123 MeV za nishati.

Kwa nini haiwezi kufanya kazi

Mnururisho wa Hawking ni wa kijoto: unazalisha chembe nyingi zaidi za nishati ya chini kuliko za nishati ya juu. Chembe za MeV 20 hadi 50 ni nyingi zaidi kwa kiwango cha kipeo kuliko zile za MeV 123. Kwa hiyo kwa kila mgongano mzito, kungekuwa na mafuriko ya migongano midogo — hasa pale ambapo LZ haikuona chochote.

Grafu ya kiwango cha matukio kilichotabiriwa dhidi ya nishati ya kurudi nyuma, yenye kilele katika nishati ya chini.

Spektra za kurudi nyuma zilizotabiriwa katika zenoni: modeli zote mbili zinazalisha matukio mengi zaidi katika nishati ya chini (kushoto) kuliko katika keV 248 (mstari wa vitone). — Kielelezo 1, Kalita (2026), arXiv:2609.29462.

Mwandishi alijaribu njia mbili za kawaida za kukwepa:

Migongano inayozidi kuwa na nguvu kadiri momentamu inayohamishwa inavyoongezeka. Hata toleo lililokithiri zaidi linaacha kilima cha matukio karibu na keV 20–30, takriban mara 100 juu zaidi ya kiwango katika keV 248.
Chembe zinazobadilika kuwa hali nzito kidogo zinapogonga. Mbinu hii inafanya kazi kwa maada giza inayosonga polepole. Lakini kwa chembe zenye kasi hii, gharama hiyo ndogo ya nishati haina maana: ziada ya nishati ya chini inabaki zaidi ya mara 1,000 kubwa kuliko ishara.

Hitimisho lake ni “haiwezekani” kabisa: tukio la LZ haliwezi kutoka kwa maada giza inayotolewa na mashimo meusi ya awali yanayoyeyuka.

Kushindwa ambako bado kunafundisha

Ukigeuzwa, hoja hii inakuwa kipimo. Kwa kuwa LZ haikuona mafuriko ya matukio ya nishati ya chini, mashimo meusi kama hayo hayawezi kuwa mengi. Kwa mashimo meusi ya takriban gramu 2 × 10¹¹, yanaweza kuunda si zaidi ya takriban sehemu moja kwa milioni ya maada giza yote (kwa uhakika wa 90%). Kikomo hicho hulegea haraka juu ya gramu 10¹³, ambapo mashimo meusi ni baridi mno kuwa na athari.

Grafu ya sehemu iliyoondolewa ya maada giza dhidi ya uzito wa shimo jeusi.

Vikomo vya juu vya sehemu ya maada giza inayoundwa na mashimo meusi ya awali, kulingana na uzito wao: eneo lenye kivuli limeondolewa. — Kielelezo 2, Kalita (2026), arXiv:2609.29462.

Kwa mujibu wa mwandishi, vigunduzi vilivyojengwa kunasa maada giza inayosonga polepole vinaweza hivyo pia kuchunguza chembe zenye kasi ambazo mashimo meusi yanayoyeyuka yangetoa.

Kinachobaki wazi

Huu ni utafiti wa kinadharia wa mwandishi mmoja, kuhusu tukio moja. Asili halisi ya mgongano wa LZ bado haijulikani: makala inaondoa maelezo moja, haipendekezi jingine.