Jambo Nyeusi Katikati ya Galaxy yetu ya Nyumbani 

Darubini ya Fermi ilifanya uchunguzi safi wa utoaji wa ziada wa γ-ray katikati ya galaksi yetu ya nyumbani ambayo ilionekana kutokuwa na umbo la duara na bapa. Inayojulikana kama Galactic Center Excess (GCE), ziada hii ya γ-ray ni saini inayowezekana ya jambo jeusi linalojitokeza kama matokeo ya maangamizi ya kibinafsi ya chembe kubwa zinazoingiliana kwa nguvu (WIMPs), mgombeaji wa chembe nyeusi. Hata hivyo, ziada ya γ-ray inayozingatiwa katika kituo cha galactic inaweza pia kuwa kutokana na pulsars ya zamani ya millisecond (MSPs). Hadi sasa, iliaminika kuwa mofolojia ya GCE kutokana na jambo lenye giza (DM) ingekuwa ya duara. Utafiti wa hivi majuzi wa uigaji unaonyesha kuwa mofolojia ya mionzi ya gamma kutokana na DM inaweza kuwa isiyo na spherical na bapa. Hii ina maana kwamba maangamizi yote mawili ya jambo lenye giza (DM) na pulsari ya millisecond (MSPs) kwa GCE inayozingatiwa yanawezekana kwa usawa. Miale ya gamma inayotolewa katika maangamizi ya jambo lenye giza (DM) ingekuwa na kiwango cha juu sana cha nishati cha takriban 0.1 tera-electron-volts (TeV). Darubini za kawaida za gamma-ray haziwezi kutambua fotoni hizi zenye nishati ya juu moja kwa moja. Kwa hivyo, uthibitisho wa mfano wa mada nyeusi (DM) wa Galactic Center Excess (GCE) utawezekana baada ya kukamilika kwa masomo na uchunguzi wa tera γ-ray kama Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) na Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO).

Hadithi ya mada ya giza ilianza mnamo 1933 wakati Fritz Zwicky aliona kwamba galaksi zinazosonga kwa kasi katika Kundi la Coma haziwezi kushikamana na kubaki thabiti bila uwepo wa jambo la ziada ambalo kwa namna fulani halionekani lakini linatoa athari ya kutosha ya mvuto kukomesha galaksi kusambaratika. Alibuni neno “kitu cheusi” kurejelea vitu hivyo visivyoonekana. Katika miaka ya 1960, Vera Rubin alitoa mchango mkubwa kuelekea uelewa wetu wa jambo la giza. Alibainisha kuwa nyota zilizo kwenye kingo za nje za Andromeda na galaksi nyingine zilikuwa zikizunguka kwa kasi ya kasi ya nyota kuelekea katikati. Kwa jumla iliyotolewa ya vitu vyote vilivyoangaliwa, galaksi ilipaswa kuruka kando na kuhitaji kuwepo kwa jambo la ziada lisiloonekana ambalo huweka galaksi pamoja na kuzifanya zizunguke kwa kasi kubwa. Vipimo vyake vya mikunjo ya mzunguko wa galaksi ya Andromeda vilitoa ushahidi wa mapema zaidi wa mada nyeusi.  

Sasa tunajua kwamba jambo la giza haliingiliani na mwanga au nguvu ya sumakuumeme. Hainyonyi, haiakisi au kutoa mwanga au miale yoyote ya sumakuumeme na haionekani kwa hivyo inajulikana kama giza. Lakini hujikusanya kwa uvutano na kuwa na athari ya uvutano kwenye maada ya kawaida, na hivi ndivyo uwepo wake angani kwa ujumla unavyofikiriwa. Magalaksi yanashikiliwa pamoja kwa usawa na athari ya mvuto ya jambo la giza ambalo linajumuisha kiasi cha 26.8% ya maudhui ya nishati ya ulimwengu ambapo ulimwengu wote unaoonekana ikiwa ni pamoja na mambo yote ya kawaida ya baryoni ambayo sisi sote tumeumbwa nayo hufanya 4.9% tu ya ulimwengu. Asilimia 68.3 iliyobaki ya maudhui ya nishati ya wingi wa ulimwengu ni nishati ya giza.  

Haijulikani jambo la giza ni nini hasa. Hakuna chembe za msingi katika Kiwango Model kuwa na mali zinazohitajika kuwa jambo la giza. Pengine, "chembe chembe za ulinganifu" za dhahania ambazo ni washirika wa chembe katika Muundo Wastani hutengeneza maada nyeusi. Labda kuna ulimwengu unaofanana wa jambo la giza. WIMP (Chembe Zinazoingiliana kwa Udhaifu), aksioni, au neutrino tasa ni chembe dhahania zaidi ya Muundo Wastani ambao ni wateuliwa wakuu. Hata hivyo, hakuna mafanikio yaliyopatikana bado katika ugunduzi wa chembe hizo.  

Kuna miradi kadhaa (kama vile Jaribio la XENON, Mradi wa DarkSide-20k, EURECA Rxmajaribio, na RES-NOVA) kwa sasa inaendelea kwa ugunduzi wa moja kwa moja wa chembe chembe za giza. Hivi zaidi ni vigunduzi vya gesi ya kioevu au vigunduzi vya kilio ambavyo vimeundwa kutambua ishara dhaifu kutokana na mwingiliano wa chembe za jambo jeusi. Walakini, licha ya mbinu nyingi za riwaya, hakuna mradi ambao umeweza kugundua moja kwa moja chembe yoyote ya giza bado. 

Kwa uthibitisho usio wa moja kwa moja wa jambo la giza, mtu anaweza kutafuta athari za mvuto wa jambo la giza, kama Fritz Zwicky na Vera Rubin walivyofanya kugundua vitu vyenye giza kwa kusoma jinsi galaksi zinavyoshikamana licha ya kuwa na kasi ya juu sana kwa jambo la kawaida lililoonwa. Athari za mvuto za lensi (kukunja kwa mwanga) na athari kwenye harakati za nyota angani zinaweza pia kutoa uthibitisho usio wa moja kwa moja wa uwepo wa jambo la giza. Kwa kuongezea, bidhaa za maangamizi (kama vile miale ya gamma, neutrinos, na miale ya ulimwengu) zinazoundwa wakati chembe za mabaki ya giza zinapogongana angani zinaweza pia kuonyesha uwepo wa vitu vya giza. Sehemu moja kama hiyo ambapo jambo la giza lilitabiriwa kulingana na bidhaa za maangamizi ya chembe za giza ni katikati ya gala yetu ya nyumbani ya Milky Way.  

Utambuzi wa kitu cheusi katikati ya galaji yetu ya nyumbani ya Milky Way  

Kulikuwa na dalili za mwanga mwingi wa kati wa microwave katikati ya Milky Way (MW). Mwangaza wa ziada ulipendekezwa kutokana na utoaji wa synchrotron kutoka kwa elektroni relativitiki na positroni zinazozalishwa katika maangamizi ya vitu vyeusi vya WIMP, kwa hivyo ishara iliyopanuliwa ya γ-ray katika masafa ya nishati hadi GeV mia chache ilitabiriwa. Baadaye, Darubini ya Eneo Kubwa la Fermi-Large (LAT) iligundua mawimbi ya γ-ray ambayo ilitambuliwa kama Galactic Center Excess (GCE). Hivi karibuni, iligunduliwa kwamba Galactic Center Excess (GCE) inaweza pia kuwa kutokana na nyota za neutron za zamani (millisecond pulsars). Ilifikiriwa kuwa mofolojia ya GCE ingekuwa muhimu - GCE yenye umbo la duara ulinganifu ingeonyesha utoaji wa γ-ray kutokana na kuangamizwa kwa chembe za madoa meusi (DM) huku mofolojia bapa ya GCE ingependekeza utoaji wa γ-ray kutoka kwa pulsari ya millisecond (MSP).  

Uchunguzi wa kina wa kituo cha galaksi cha Milky Way na darubini ya eneo la Fermi-Large Area (LAT) ulifunua asphericity bapa. Kwa kawaida, mtu anaweza kuhusisha asphericity inayotazamwa na nyota za zamani (MSP) hata hivyo utafiti wa hivi majuzi uliochapishwa tarehe 16 Oktoba 2025 umehitimisha kuwa mofolojia za GCE zilizotabiriwa na modeli za maangamizi za nyota za zamani (MSP) na za giza (DM) haziwezi kutofautishwa.   

Ili kusoma usambazaji wa jambo la giza, watafiti walifanya uigaji wa mofolojia ya MW (Milky Way)-kama galaksi. Waligundua kuwa halos za giza karibu na galaksi na vile vile karibu na maeneo ya kati ya galaksi hazikuwa na duara kama inavyodhaniwa katika muundo wa anisotropiki. Badala yake, uchanganuzi ulionyesha makadirio ya wiani wa vitu vya giza kwa galaksi zote. Usambazaji huu usio wa axisymmetric dark matter (DM) ulionyeshwa pia na historia ya kuunganisha ya galaksi ya Milky Way katika miaka bilioni tatu ya kwanza katika historia ya ulimwengu. Mofolojia inayozingatiwa ya GCE imebanwa juu ya eneo la kati, ambalo kwa ujumla linafikiriwa kuwa ni sifa ya usambazaji wa nyota ya zamani (MSP). Utafiti mpya umeonyesha kuwa jambo la giza (DM) hutoa usambazaji sawa wa sanduku. Kwa hivyo, maangamizi yote mawili ya mada nyeusi (DM) na pulsars ya millisecond (MSPs) kwa GCE iliyozingatiwa yanawezekana kwa usawa.   

Ikiwa GCE iliyoangaliwa inatokana na mada nyeusi (DM) au kutokana na millisecond pulsars (MSPs) itajulikana wakati waangalizi wa γ-ray kama Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) na Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO) watakamilisha masomo yao ya mionzi ya tera-gamma katika siku zijazo. Miale ya gamma inayotolewa kama bidhaa ya maangamizi ya vitu vyeusi (DM) katika kituo cha galactic inaweza kuwa fotoni zenye nishati nyingi na kiwango cha juu cha nishati cha takriban 0.1 tera-electron-volts (TeV). Darubini za kawaida za gamma-ray haziwezi kutambua fotoni hizi zenye nishati ya juu moja kwa moja. Miale ya Tera-gamma itakuwa shabaha muhimu kwa uchunguzi wa baadaye wa γ-ray kama vile CTAO na SWGO.  

Utafiti huu ni hatua ya mbele katika ugunduzi wa kitu cheusi angani kupitia bidhaa zake za maangamizi hata hivyo uwepo wa kitu cheusi kwenye kituo cha galactic utahitaji uthibitisho na uchunguzi wa γ-ray wa nishati ya juu kama vile CTAO au SWGO katika siku zijazo. Maendeleo muhimu zaidi katika sayansi ya mambo ya giza yanaweza kuwa ugunduzi wa moja kwa moja wa chembe yoyote ya DM.  

*** 

Marejeo:  

1. Hochberg, Y., Kahn, YF, Leane, RK et al. Mbinu mpya za kugundua vitu vyenye giza. Nat Rev Phys 4, 637–641 (2022). https://doi.org/10.1038/s42254-022-00509-4 

2. Misiaszeka M. na Rossib N. 2024. Ugunduzi wa moja kwa moja wa jambo lenye giza: mapitio muhimu. Symmetry 2024, 16(2), 201; DOI: https://doi.org/10.3390/sym16020201  

3. Instituto de Física Corpuscular. Katika kutafuta jambo la giza: mbinu mpya ya kugundua asiyeonekana. 22 Agosti 2025. Inapatikana kwa https://webific.ific.uv.es/web/en/content/search-dark-matter-new-approach-detecting-invisible 

4. Muru MM, et al 2025. Fermi-LAT Galactic Center Mofolojia ya Ziada ya Dark Matter katika Uigaji wa Milky Way Galaxy. Barua za Mapitio ya Kimwili. 135, 161005. Ilichapishwa 16 Oktoba 2025. DOI: https://doi.org/10.1103/g9qz-h8wd . Toleo la awali la arXiv. Iliwasilishwa 8 Agosti 2025. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.06314  

5. Chuo Kikuu cha Johns Hopkins. Habari - Mwangaza wa ajabu katika njia ya maziwa inaweza kuwa ushahidi wa jambo jeusi. Iliwekwa mnamo 16 Oktoba 2025. Inapatikana kwa https://hub.jhu.edu/2025/10/16/mysterious-glow-in-milky-way-dark-matter/  

6. Taasisi ya Leibniz ya Unajimu. Habari - Njia ya Milky inaonyesha ziada ya miale ya gamma kutokana na maangamizi ya vitu vyeusi. Iliwekwa mnamo 17 Oktoba 2025. Inapatikana kwa https://www.aip.de/en/news/milkyway-gammaray-darkmatter-annihilation/  

7. Darubini ya Anga ya Fermi Gamma-ray. Inapatikana kwa https://science.nasa.gov/mission/fermi/  

8. Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO). Inapatikana kwa https://www.ctao.org/emission-to-discovery/science/  

9. Kichunguzi cha Gamma-ray cha Kusini mwa Uwanda Mpana (SWGO). Inapatikana kwa https://www.swgo.org/SWGOWiki/doku.php?id=swgo_rel_pub  

10. Kichunguzi cha Tartu. Upande wa giza wa Ulimwengu. Inapatikana kwa https://kosmos.ut.ee/en/dark-side-of-the-universe 

***