منذ أن بدأ في إرسال البيانات إلى الأرض في عام 2022، أحدث تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) تأثيرًا كبيرًا على علم الفلك، ومن أهم إنجازاته الثورية مراقبة بعض أبعد المجرات التي تم رصدها على الإطلاق. ومع ذلك، نظرًا لأن الضوء لا ينتقل على الفور – بل يتحرك بسرعة حوالي 300 مليون متر (985 مليون قدم) في الثانية في الفراغ – فإننا لا نرى تلك المجرات كما هي اليوم، ولكن كما كانت قبل مليارات السنين.
وعلاوة على ذلك، يُقدَّر عمر الكون بنحو 13.8 مليار سنة. لذا، ينبغي لنا أن نفترض أن أبعد مجرة يمكننا أن نأمل في رؤيتها لا تبعد عنا أكثر من 13.8 مليار سنة ضوئية. (السنة الضوئية هي المسافة التي يقطعها الضوء في عام واحد). وينبغي أن تكون هذه النقطة بمثابة “أفق كوني” من نوع ما ــ لا ينبغي لأي تلسكوب أن يتمكن من الرؤية أبعد منه. ولأن لا شيء يستطيع أن يسافر عبر الفضاء بسرعة أكبر من سرعة الضوء، فهذا يعني أنه لا ينبغي أن تكون هناك مجرة أبعد من 13.8 مليار سنة ضوئية، وأن الابتعاد عنا بمرور الوقت قد يؤثر على الأرض. أليس كذلك؟
خطأ. لو كان الكون بهذه البساطة.
يقول جيك هيلتون، عالم الفلك بجامعة أريزونا والذي يشارك في فريق JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES)، لموقع Space.com: “الأفق الكوني هو أقصى مسافة يمكن من خلالها استرجاع المعلومات”.
“هناك عدد قليل من الآفاق الكونية المختلفة،” تابع هيلتون، “والتي لها تعريفات مختلفة وتعتمد على كميات كونية مختلفة. والأكثر أهمية هنا هو الأفق الكوني الذي يمثل أقصى مسافة يمكن للضوء أن يقطعها إلينا في عمر الكون. وهذا يحدد
“حافة الكون المرئي.”
متعلق ب: تلسكوب جيمس ويب الفضائي يرصد أبعد مجرة تم رصدها على الإطلاق (صورة)
في مارس 2024، كشف علماء JADES أن التلسكوب القوي قد اكتشف JADES-GS-z14-0، وهي أبعد وأقدم مجرة رآها البشر على الإطلاق. لكن المفارقة هي أن JADES-GS-z14-0 تقع على بعد حوالي 33.8 مليار سنة ضوئية.
كيف يمكننا أن نرى الضوء القادم من جسم بعيد إلى هذا الحد الذي لا يسمح له عمر الكون بالوصول إلينا؟ ألا يعني موقع JADES-GS-z14-0 على بعد 33.8 مليار سنة ضوئية أننا نراه كما كان قبل 33.8 مليار سنة، وهو الأمر الذي من شأنه أن يتحدى بالتأكيد تقدير عمر الكون؟
ليس الأمر كذلك. مرة أخرى، هذا دليل على أن الكون لديه طريقة لقلب الاستنتاجات المعقولة والمنطقية رأساً على عقب.
“كيف يمكن رصد مجرة بعيدة مثل JADES-GS-z14-0، وهي تبعد عنا أكثر من 13.8 مليار سنة ضوئية، ويبدو أن ضوءها قد استغرق وقتًا أطول من عمر الكون ليصل إلينا؟” تساءل هيلتون بشكل بلاغي. “الإجابة هي توسع الكون”.
رؤية مجرة أكبر من الزمن نفسه
إذا كان الكون ساكنًا، فإن الضوء القادم من مجرة تبعد عنا 33.8 مليار سنة ضوئية سيستغرق 33.8 مليار سنة ليصل إلينا، وهذا كل شيء. ولكن في أوائل القرن العشرين، وجد إدوين هابل أن المجرات البعيدة تبدو وكأنها تبتعد عن بعضها البعض، وكلما كانت المسافة بينها أكبر، كانت سرعتها أكبر. بعبارة أخرى، الكون ليس ثابتًا؛ إنه يتمدد.
وقد ازداد الأمر تعقيداً في عام 1998، مع اقتراب القرن العشرين من نهايته، عندما لاحظ فريقان منفصلان من علماء الفلك أن الكون لا يتمدد فحسب، بل إن هذا التمدد يتسارع أيضاً. والواقع أن القوة المسؤولة عن ذلك لا تزال لغزاً، ولكنها أُطلِق عليها اسم “الطاقة المظلمة”.
هناك فترتان رئيسيتان ومتميزتان من التوسع على مدى تاريخ الكون الذي يمتد لـ 13.8 مليار سنة. الأولى هي فترة أولية من التضخم الكوني السريع والتي يطلق عليها الآن بشكل عام “الانفجار الكبير”.
شهد هذا العصر التضخمي زيادة في حجم الكون بعامل 10^26 (10 تليها 25 صفرًا). وهذا يعادل أن ينمو ظفرك من 1 نانومتر في الثانية إلى 10.6 سنة ضوئية فجأة (62 نانومتر). تريليون يبلغ طول الكون (1.2 مليون ميل). في هذا الوقت، كان الكون مسيطرًا على الطاقة، وتُعرف هذه الفترة باسم عصر هيمنة الطاقة.
تبع ذلك عصر تهيمن عليه المادة بدأ بعد 47000 سنة من الانفجار العظيم. وفي نهاية المطاف، سمح التوسع الكوني للكون بالتبريد بدرجة كافية للسماح للبروتونات بالتشكل من الكواركات والغلونات، ثم ارتباط البروتونات بالإلكترونات لتكوين أول ذرات الهيدروجين، والتي شكلت النجوم والمجرات الأولى. وخلال هذه الفترة، تباطأ توسع الكون الناجم عن الانفجار العظيم إلى حد التوقف تقريبًا.
لقد انتهى عصر هيمنة المادة بشكل مفاجئ عندما كان عمر الكون أقل من 10 مليارات سنة. في هذا الوقت، بدأ الكون فجأة في التوسع بسرعة مرة أخرى. بالإضافة إلى ذلك، أصبح هذا التوسع أسرع وأسرع وحتى أنه يستمر في التسارع اليوم. تسمى هذه الفترة الثالثة المهمة من الكون عصر هيمنة الطاقة المظلمة. إنه العصر الذي نعيش فيه حاليًا.
وبفضل فترات توسع الكون هذه، لم يسافر الضوء القادم من JADES-GS-z14-0 إلى تلسكوب جيمس ويب والأرض إلا لمدة 13.5 مليار سنة، على الرغم من أن مصدره أصبح الآن أبعد بكثير من 13.5 مليار سنة ضوئية. وهذا يعني أن تلسكوب جيمس ويب يرى JADES-GS-z14-0 كما كان بعد 300 مليون سنة من الانفجار العظيم. وبدون توسع الكون، كان JADES-GS-z14-0 سيظل على بعد حوالي 13.5 مليار سنة ضوئية، على الرغم من أنه كان سيظل يشهد حركات محلية أصغر من شأنها أن تجعله أقرب إلى المجرات القريبة أو أبعد عنها. لكن مثل هذه الحركة المجرية لم تكن قريبة بأي حال من الأحوال من النوع الناجم عن توسع الكون.
وفقًا لهيلتون، فإن الأفق الكوني، أو “أفق الفوتون”، عبارة عن كرة لها حدود تبعد حوالي 46.1 مليار سنة ضوئية، وهو رقم تم تحديده من خلال توسع الكون. هذا هو الأفق الفعلي الذي لا ينبغي لنا أن “نرى” مجرة خلفه. تقع المجرة JADES-GS-z14-0 بالفعل داخل هذا الأفق.
لتجنب الارتباك، يستخدم علماء الفلك في الواقع مقياسين لقياس المسافة: مسافة الحركة المشتركة التي تستبعد توسع الكون كعامل ومسافة مناسبة تتضمنه. وهذا يعني أن مسافة الحركة المشتركة لـ JADES-GS-z14-0 هي 13.5 مليار سنة ضوئية، في حين أن مسافتها المناسبة هي 33.8 مليار سنة ضوئية.
ومع ذلك، لن تكون المجرات البعيدة والقديمة JADES-GS-z14-0 وغيرها من المجرات مرئية دائمًا.
عصر محظوظ لامتلاك تلسكوب جيمس ويب الفضائي
إن حقيقة أن تلسكوب جيمس ويب يستطيع رؤية مجرة جاديس-جي إس-زد14-0 تعني أنها كانت ذات يوم “مرتبطة سببياً” بالأرض والكون المحلي. بعبارة أخرى، كان من الممكن أن تصل إلينا إشارة من مجرة جاديس-جي إس-زد14-0 في مجرة درب التبانة، وبالتالي فإن “سبباً” في هذه المجرة كان موجوداً في فجر التاريخ قد يكون له “تأثير” في مجرتنا في هذا العصر الحديث من الكون.
وقال هيلتون “أي مجرة قابلة للرصد لابد وأن تكون ضمن أفق الجسيمات، ولابد وأن تكون مرتبطة بنا سببياً في مرحلة ما من تاريخ الكون”.
ولكن هذا لم يعد هو الحال الآن. فالمجرات مثل JADES-GS-z14-0 والمجرات الأخرى التي اكتشفها JADES أصبحت الآن بعيدة للغاية وتبتعد عنا بسرعة كبيرة، وذلك بفضل الطاقة المظلمة، بحيث لا يمكن لأي إشارة منها أن تصل إلينا اليوم. وذلك لأن أفق الفوتون يتحرك بعيدًا عنا بسرعة الضوء، ولكن بالنسبة لـ JADES، فإن أفق الفوتون يتحرك بعيدًا عنا بسرعة الضوء. حقًا الأجسام البعيدة، والفضاء بين مجرة درب التبانة وتلك المجرات يتوسع أسرع من سرعة الضوء.
قد يبدو هذا غير معقول، حيث أن نظرية النسبية الخاصة لألبرت أينشتاين تحدد سرعة الضوء كحد أقصى للسرعة العالمية. ومع ذلك، فهذه قاعدة للأجسام ذات الكتلة المتحركة. خلال الفضاء، وليس قاعدة لنسيج الفضاء نفسه.
بعد حوالي تريليوني سنة من اختفاء الأرض والبشرية، فإن توسع الكون يعني أن أي نوع ذكي سيحل محلنا في مجرة درب التبانة (إن حدث ذلك على الإطلاق)، لن يكون قادراً على رؤية أي مجرات موجودة خارج مجموعتنا المحلية – التي يبلغ قطرها حوالي 10 ملايين سنة ضوئية.
إنها فكرة صادمة، وهي تعني أن البشرية تعيش في نقطة فريدة من تاريخ الكون حيث لا تزال المجرات الأكثر بعداً في مرمى بصرنا. ونحن قادرون على معرفة المزيد عن الكون وأصوله أكثر من أي حياة ذكية قد تتبعنا. ويعتزم علماء الفلك، بما في ذلك هيلتون، استخدام تلسكوب جيمس ويب لاستغلال هذا الامتياز الكوني على أكمل وجه.
قال هيلتون: “كان العمل مع JWST وJADES Collaboration أمرًا رائعًا”. “كتابة أوراق بحثية حول العلوم مع JWST، مثل بحثي الأخير حول
لقد كانت تجربة JADES-GS-z14-0 الأكثر إثارة ومكافأة
“من مسيرتي البحثية.”
“مدمن ثقافة البوب. عشاق التلفزيون. نينجا الكحول. إجمالي مهووس البيرة. خبير تويتر محترف.”
More Stories
المفتش العام لوكالة ناسا يصدر تقريرا قاسيا بشأن تأخير مشروع إطلاق المركبة الفضائية SLS
كيف أصبحت الثقوب السوداء بهذا الحجم والسرعة؟ الإجابة تكمن في الظلام
طالبة من جامعة نورث كارولينا ستصبح أصغر امرأة تعبر حدود الفضاء على متن بلو أوريجين