يشبه الكون هيكلًا خفيًا ضخمًا. لا نراه مباشرة، لكننا نعلم بوجوده: فالمجرات وعناقيدها تتماسك بفضله. هذا الهيكل هو المادة المظلمة، وهي شكل افتراضي من المادة لا يصدر ضوءًا ولا يمتصه، لكنه يُظهر نفسه عبر الجاذبية. النسخة الأكثر شيوعًا تقول إنها «باردة» وتتكون من جسيمات ثقيلة بطيئة. لكن هذه الصورة تواجه مشكلة: فهي تتنبأ بوجود عدد كبير جدًا من التكتلات الصغيرة من المادة حول المجرات الكبيرة، والملاحظات لا تؤكد ذلك.
أحد الحلول الممكنة هو المادة المظلمة الدافئة، التي تتكون من جسيمات أخف وأسرع من تلك الموجودة في النموذج البارد. هذه الجسيمات «تنعم» التباينات الصغيرة في الكون المبكر، مثلما تعمل الرياح الخفيفة على تسوية التموجات على الرمال. لكن لكي تعمل هذه الفكرة، يجب أن تمتلك الجسيمات كتلة معينة. وهنا تظهر انفجارات أشعة غاما على المسرح — وهي أقوى الانفجارات في الكون، التي تحدث عند انهيار النجوم الضخمة أو اندماج النجوم النيوترونية. إنها ساطعة جدًا لدرجة أنها تُرى من مسافات شاسعة، تقريبًا من حافة الكون المرئي.
أخذ مؤلفو الدراسة بيانات 118 انفجارًا لأشعة غاما، سجلها القمر الصناعي Swift على مدى عقدين من الزمن، وقارنوا تواترها على مسافات مختلفة مع معدل تكوّن النجوم في تلك العصور. المنطق بسيط: إذا كانت المادة المظلمة الدافئة خفيفة جدًا، فإن جسيماتها ستتحرك بسرعة كبيرة و«ستلطخ» التكتلات الأولية التي تتشكل منها النجوم. هذا سيمنع تكوّن النجوم الأولى، وبالتالي سيكون عدد انفجارات أشعة غاما أقل. هذا النهج مكّن من تحديد الحد الأدنى لكتلة الجسيم: لا يقل عن 1,3 كيلوإلكترون فولت (الكيلوإلكترون فولت هو وحدة طاقة تعادل تقريبًا 500 ألف مرة أخف من البروتون). وإذا افترضنا أن تواتر الانفجارات يتبع بدقة معدل تكوّن النجوم، يصبح القيد أكثر صرامة — 3,4 كيلوإلكترون فولت.
هذا ليس مجرد رقم مجرد. إنه يضيّق نطاق البحث، مستبعدًا فئة كاملة من نماذج المادة المظلمة. لقد أثبتت انفجارات أشعة غاما أنها أداة دقيقة بشكل مدهش لـ«وزن» غير المرئي. وكلما زادت معرفتنا بالعلاقة بين هذه الانفجارات وتكوّن النجوم، زادت دقة موازيننا.
القمر الصناعي Swift، الذي أُطلق في عام 2004، قادر على التوجه نحو انفجار أشعة غاما في غضون 50 ثانية فقط — أسرع من الوقت الذي تحتاجه لتحضير كوب من الشاي.