مقدمة
في عصرٍ بتنا نمتلك فيه تلسكوبات فضائية ومصادمات لتسريع الجسيمات، من الصعب تخيُّل وقت لم يكن بمقدورنا فيه حلُّ أكبر ألغاز الكون إلا بمجرد النظر إلى أعلى. انظر إلى السماء ليلًا، ماذا ترى؟ إذا كنت محظوظًا بالعيش في منطقة ذات تلوث ضوئي منخفض، فربما تتمكَّن من رؤية مجرة درب التبانة تمتد عبر السماء. أو ربما يظهر القمر مكتملًا. ومع ذلك، فالسمة الرئيسية التي تميز السماء ليلًا بوجه عام هي أنها مظلمة. والسؤال هنا: لماذا السماء مظلمة؟ وعلى الرغم من بساطة الإجابة، فإنها تحمل في طياتها تبعاتٍ مهمة.
لقرون، تساءل فلاسفة علوم الطبيعة، والفيزيائيون، وعلماء الفلك، وحتى الشعراء عن السبب وراء ظلمة السماء. واعتقدوا أن الكون قديم وشاسع على نحو لا متناهٍ؛ إذ لم يجدوا أي دليل يثبت عكس ذلك. تنص مفارقة أولبرز (التي سُميت بذلك تيمُّنًا بعالِم الفلك الألماني هاينريش فيلهلم أولبرز) على أنه إذا كان الكون ساكنًا وقديمًا قِدمًا أبديًّا لا متناهيًا، فمن المفترض أن ترى نجمًا في كل اتجاه تنظر إليه. استحوذت تلك المسألة على خيال الكثيرين؛ حتى إن إدجار ألان بو أدلى برأيه في قصيدته النثرية «يوريكا» (وجدتُها) عام ١٨٤٨ قائلًا: «لو كانت النجوم متعاقبةً بلا نهاية، فإن خلفية السماء ستسطع بضياءٍ موحَّد، كالذي تُظهره المجرة؛ لأنه يستحيل أن يوجد موضع على الإطلاق، في كل تلك الخلفية، إلا وفيه نجم.»
لقد تطوَّر علم الفلك من مجرد كونه ضرورة في الحضارات القديمة، إلى هواية تثير اهتمام الأثرياء وفضولهم، وصولًا إلى أنه أصبح علمًا وجوديًّا بإمكان الجميع متابعة آخِر اكتشافاته. لقد أصبح جزءًا يوميًّا من حياتنا؛ وبينما كنا نحتفل سابقًا باكتشاف نجوم ومجرات جديدة، نكاد لا نشعر بأي دهشة عند اكتشاف كوكب جديد. فنحن الآن نفهم تاريخ كوننا، بدءًا من قصة نشأته التي عنوانها «الانفجار العظيم». لدينا الكثير من البيانات … ولكنها ليست كافية. وعلى الرغم من الطفرة الهائلة في مجال التكنولوجيا والتقدُّم العلمي، هناك فترة في عالمنا لم تشهد أي عمليات رصد على الإطلاق حتى وقت قريب. فقد ظل الكون قابعًا في العصور المظلمة في الفترة بين ٣٨٠ ألف سنة ومليار سنة بعد الانفجار العظيم. تكوَّنت النجوم الأولى بعد الانفجار العظيم بأقل من ٢٠٠ مليون سنة. وقبل ذلك، كان الكون مظلمًا وفارغًا حتى بزغ نجم وليد. وبدأت سلسلة من التفاعلات النووية الداخلية، نتجَ عنها ضوءٌ وحرارة في الفضاء القاحل المحيط. ووُلِدَ نجم آخر، وتبعه نجمٌ آخر، وهكذا حتى أُضيئت السماء ببزوغ فجر الضوء الأول. كان الوقت مبكرًا جدًّا على تكوُّن الكواكب، ومن ثَمَّ لم يكن هناك أحد ليشهد ميلاد النجوم الأولى أو يحزن على موتها الذي كاد يكون لحظيًّا. ومع نشأة نجوم الجمهرة الثانية، سرعان ما طوى النسيانُ الجيلَ الأول من النجوم، ومع ذلك كان ظهور هذه النجوم هو السبب الرئيسي الذي أعدَّ الكونَ للتنوع الهائل الذي نشهده اليوم في بنية الكون وأشكال الحياة عليه. يشعر علماء الفيزياء الفلكية المعاصرون بالقلق إزاء عدم وجود عمليات رصد من عصر النجوم الأولى، وذلك للسببَين التالي ذكرهما.
(١) بيانات غير كاملة = استنتاجات غير صحيحة
في البداية، يُعد نقص البيانات على هذا النطاق أمرًا مهمًّا حقًّا. فغياب البيانات في أي موقف يكون مدعاةً للقلق؛ حيث إننا نستخدم البيانات في تطوير فهمنا واتخاذ قراراتٍ مستنيرة. ونقص البيانات يمكن أن يؤدي إلى عدم اليقين وسوء الفهم أو الإخفاق. دعونا نتأمل النهج الذي ربما تسلكه الكائنات الفضائية في مجرة أندروميدا، الأقرب إلى مجرتنا، في محاولة فهم دورة حياة الإنسان. إذا كان الباحثون الفضائيون يشبهون الباحثين على كوكب الأرض، فهذا يعني أنهم يعملون فوق طاقتهم ويعلقون الآمال على أهواء وكالات التمويل لمنحهم المال والوقت اللازمَين للدراسة. لا تمتلك الكائنات الفضائية الموارد التي تسمح لها بقضاء ٣٠ عامًا في جمع البيانات عن طريق الفحص الدقيق للبشر في أنحاء الأرض، وبدلًا من ذلك فإنها تحذو حذو جميع العلماء عند دراسة مجموعاتٍ أحيائية هائلة الحجم، وذلك بأخذ عينة. على سبيل المثال، قد تلتقط صورة في دار حضانة أو دار رعاية مسنين، أو على أحد شواطئ أستراليا أو نوادي لاس فيجاس. وإذا كانت الكائنات الفضائية تشعر حقًّا بوطأة الاقتطاعات الأخيرة التي حدثت في ميزانية البحث، فقد ترصد موقعًا واحدًا، وربما يقع الاختيار العشوائي على صف انتظار أمام «جبل الفضاء» في عالَم والت ديزني. وستجمع البيانات وترحل غير مدركة أنها قد تجاهلت قطاعًا عريضًا من المجتمع بأخذها تلك العينة، ولا سيَّما النساء الحوامل ومَن هم دون السابعة. ولسوء حظ الكائنات الفضائية، غالبًا ما تنتج عن البيانات غير الكاملة استنتاجاتٌ غير صحيحة. فمن دون هذه الفئات المجتمعية، يصعب فهم دورة حياة الإنسان، ويكون الانحراف عن المسار الصحيح سهلًا وواردًا. وربما تقرأ الكائنات الفضائية، خلال مراجعة سريعة للأبحاث السابقة، قصة الأطفال الذين يوصلهم طائر اللقلق وتصيح قائلة: «يوريكا!» (وجدتُها!)، حيث يتناسب هذا الاكتشاف بما يكفي مع بياناتها. ولذلك لا بد من طرح السؤال التالي. هل هذه البيانات غير كاملة؟ إذا كانت الإجابة نعم، فهذا يعني أن الاستنتاجات بدورها غير صحيحة.
فيما يتعلق بالبشر، يعادل نقص البيانات الكونية نقص كلِّ شيءٍ منذ لحظة حدوث الحمل وحتى أول يوم في المدرسة، ربما باستثناء إجراء فحص واحد بالموجات فوق الصوتية. وقد يمثل هذا جزءًا صغيرًا من الزمن مقارنة بحياة الإنسان الكاملة، ولكن عندما تفكِّر في مدى أهمية هذه السنوات الأولى لبَني البشر، فلا عجب أن علماء الفيزياء الفلكية ينزعجون من عدم توفر هذه البيانات فيما يتعلق بتاريخ الكون. ولك أن تتخيَّل مقدار ما يقودنا إليه هذا النقص في البيانات من استنتاجاتٍ غير صحيحة بشأن النجوم من حولنا أو بشأن آلية تصرف الكون حاليًّا.
فيما يلي السبب الثاني الذي يجعل علماء الفيزياء الفلكية الحاليين يشعرون بالقلق حيال نقص البيانات على هذا النحو.
(٢) عصر النجوم الأولى فريد من نوعه
إن النجوم الأولى لا تشبه إحدى الطبعات الأولى لرواية «هاري بوتر» التي تضم بين طياتها القصة نفسها ولكنها مطبوعة في صفحاتٍ قديمة. فالنجم الأول هو نوعٌ في حد ذاته، وهو الحلقة المفقودة التي قد تكون منقرضة الآن تمامًا. لكن هل تشبه النجوم بعضها بعضًا؟ لدينا نجم قريب جدًّا منا، ويمكننا توفير الكثير من الجهد إذا تمكَّنا من دراسته. انظر إلى سماء الليل وسترى بضعة آلاف فقط من مئات المليارات من النجوم الموجودة في درب التبانة. بالنسبة إلى كوننا، تعتبر الشمس نجمًا عاديًّا. ومع ذلك، فإن إطلاق أحكام عامة على كل تلك النجوم من خلال النظر إلى النجم الأقرب إلينا سيكون مثل رصد الكائنات الفضائية العشوائي لإنسان واحد فقط وتعميم أن جميع البشر اسمهم إلفيس، ويبلغ طولهم ١٫٨ متر ويستمتعون بتناول شطائر زبدة الفول السوداني. فنحن لم نفهم إلا خلال اﻟ ٢٥٠ عامًا الماضية أنه ليست كل النجوم تشبه شمسنا (في الواقع معظم النجوم ليست كذلك).
فلنستكمل حديثنا عن مجموعات النجوم. عندما نشأ الكون، كان مليئًا بالهيدروجين والهيليوم بالأساس. وكان لا بد من تكوُّن أي عناصر أثقل من ذلك في مراكز النجوم الساخنة كالأفران أو في الانفجارات النشطة التي أنهت حياتها. ومع كل جيل من النجوم، أصبح الغاز أكثر تشبعًا بالمعادن، وزاد عدد المعادن الموجودة داخل نجوم الجيل التالي التي تشكَّلت من هذا الغاز. ويعتبر الجيل الأحدث، أي نجوم الجمهرة الأولى، نجومًا شابة تحوي الكثير من المعادن داخلها. وهي مضيئة وساخنة وتعيش في قرص المجرة. أما نجوم الجمهرة الثانية فهي أكبر سنًّا وتحتوي على معادن أقل. وتكون موجودة في مركز المجرة أو الهالة الخارجية. لا يتطلب الأمر الكثير من الخيال للمضي قدمًا والتساؤل عن أكبر النجوم سنًّا. إنها النجوم التي لا تحتوي على أي معادن على الإطلاق ومثَّلت بداية كل شيء. لكن السؤال هنا: أين تقع؟ لقد أنتجت النجوم الأولى المعادن الأولى، ونثرت بذور الكون، وأتاحت الإمكانية لتكوُّن المجرات. وكانت هذه النجوم خالية من المعادن منذ نشأتها، وأطلقنا عليها اسم نجوم الجمهرة الثالثة. ويرجع الترتيب العددي غير المنطقي لهذه المجموعات إلى تاريخ اكتشافها وتجميعها.
كانت نجوم الجمهرة الثالثة تشبه حيوانات الماموث القديمة ذات الأحجام العملاقة، حيث كانت تزيد كتلة هذه النجوم عن كتلة شمسنا مئات المرات. وكانت حيواتها تمتد لفترات قصيرة، حيث لا يتجاوز عمرها بضعة ملايين من السنين، وذلك مقارنةً بعُمر النجوم الأقل ضخامة مثل شمسنا التي يبلغ عمرها ١٠ مليارات سنة. في علم الأجناس البشرية، يعادل هذا التنوع في الأعمار العثور على أنواع من البشر الأوائل يشيخون ويموتون بعد ثلاثة أيام فقط من ولادتهم. ولكن، على الرغم من تلك الأعمار القصيرة، كانت تلك النجوم هي المسئولة بدرجة أكبر عن تغيُّر الكون. وما إن جاءت إلى الحياة حتى أضاءت الكون بأشعتها ونثرت فيه المعادن التي كانت حينها بمثابة بذرة تكوين النجوم والكواكب والإنسان.
•••
عندما انتهيتُ من تأليف نصف هذا الكتاب، نشرتُ صورة لي على تويتر وأنا أعمل على أحد الفصول بوجه عابس، بينما أحمل على كتفي ابنتي التي كانت تبلغ من العمر وقتها خمسة أسابيع. كان ذلك حوالي الساعة التاسعة صباحًا. وفي الرابعة عصرًا، بدأتُ أشعر أنني لست على ما يرام بعض الشيء وظللت أخطئ في حساب مجموع أعداد مكوَّنة من رقم واحد أثناء المساعدة في أداء الفروض المنزلية. وفي الخامسة مساءً كنت أعاني صعوبة في التنفس انتقلت على أثرها إلى قسم الطوارئ بمستشفًى قريب. لقد أصبتُ بتسمم في الدم، وهي حالة تهدِّد الحياة حيث تدمر العدوى جهاز المناعة، مما يؤدي إلى فشل العديد من أجهزة الجسم، و٢٠٪ من هذه الحالات في إنجلترا تفضي إلى الوفاة. لماذا أخبرك بهذا؟ حسنًا، يُعزى الأمر جزئيًّا إلى أنني آمل في استعطاف أرهف الناس حسًّا وتعاطفًا لشراء الكتاب أثناء تجولهم في المكتبة؛ فقد كدتُ أموت وأنا أؤلفه. ومن ثَمَّ، لا تترددوا في شرائه! ولكن، يبقى السبب الحقيقي الذي يجعلني أخبرك بذلك هو أن أحد العوامل التي ساهمت في انهيار جسدي هو عدم تعرضي لضوء النجوم، أو ما يُعرف لدينا بضوء الشمس باعتبارها أقرب نجم إلينا. فقد اتضح، بعد أشهر من التعافي والفحوصات الطبية، أنني كنت أعاني نقص فيتامين «د»، وهو فيتامين ينتجه الجسم بمساعدة أشعة الشمس فوق البنفسجية. فنحن نربط بين التعرض لأشعة الشمس وخطر الإصابة بحروق الشمس وسرطان الجلد وضربة الشمس، وكلها مخاوف مهمة، ولكن عدم التعرض تمامًا لضوء الشمس يمكن أن يضر أيضًا بحياة الإنسان. ويعد النقص الشديد في فيتامين «د» عاملًا رئيسيًّا يساهم في ضعف العظام ويرتبط بضعف جهاز المناعة. وبوصفي عالِمة الآن، فأنا أدرك أنه باعتباري عينة من شخص واحد لا أستطيع الجزم بمدى مساهمة نقص فيتامين «د» في حالتي المرضية. ولذلك فلتسمحوا لي باستخدام قصة درامية شخصية لتوصيل رسالة أعم. يعتمد الجنس البشري على الشمس، ليس فقط لدعم بيئتنا المادية والحفاظ عليها، ولكن لبقاء بيئتنا البيولوجية، ألا وهي أجسادنا، أيضًا. فأجسادنا تتكوَّن من المعادن التي تشكَّلت في النجوم الأولى، وكذلك في الأجيال التي تلتها. فنحن آلة مصنوعة من بقايا النجوم المُحتضَرة، ونحتاج إلى ضوء الشمس من أجل استمرارية عمل هذه الآلة.
إن حل ألغاز الكون المحيط بنا أمر مهم لأسباب عديدة، ويتميز عصر النجوم الأولى بقدرته على إماطة اللثام ليس فقط عن السنوات الأولى في عُمر الكون، ولكن أيضًا عن الألغاز المعاصرة التي تحيِّر علماء الفيزياء الفلكية اليوم. فلكي نفهم ما يطرأ على الشخص المراهق من اضطرابات، علينا أن نأخذ بعين الاعتبار كل ما مرَّ به في طفولته. وربما يمكن للتحديات التي واجهت المجرات أثناء نموها بعد ٥٠٠ ألف سنة من الانفجار العظيم أن تفسِّر لنا سبب وجود الكثير من المجرات القزمة التي تدور حول مجرة درب التبانة الآن.
•••
يتمحوَر العلم حول طرح الأسئلة، ومن ثَمَّ أتوقع أن الأسئلة التي كانت تدور داخلك قد زادت بعدما أنهيتَ قراءة هذه المقدمة. وآمل بنهاية هذا الكتاب أن تجد لديك إجابة عن العديد من هذه الأسئلة … ولكن نظرًا إلى الطبيعة العِلمية للكتاب، فمن المحتمل أيضًا أن يثير مزيدًا من الأسئلة التي تتميز بأسلوب الاستفسارات العلمية المعقَّد. ربما لا نزال نتعثر في الظلام، لكننا أثبتنا بعض الحقائق المهمة التي سنستهل بها بحثنا عن الضوء الأول. فنحن نعلم بوجود نجوم أولى لأن الكون بدأ بانفجار عظيم، ومن ثَمَّ توجد بداية لكل شيء. ونحن نعرف الكثير عن تاريخ الكون منذ الانفجار العظيم، لكن عصر النجوم الأولى يشكِّل فجوة في ذلك الجدول الزمني تبلغ مليار عام. ولا تقتصر رغبتنا في سد هذه الفجوة على الحصول على معلوماتٍ كاملة، فالفيزياء الفلكية مثيرة للاهتمام وتستحق البحث. والنجوم الأولى تمثل نوعًا مميزًا في حد ذاتها: حيث كانت ساخنة وضخمة ولم تستمر طويلًا. وقد أنتجت المعادن (عناصر أثقل من الهيليوم) التي شكَّلت البذرة الأولى لنشأة الكون في هيئته الحالية، وكوَّنت كوكبنا وأجرامًا أخرى. إن الاطلاع على مراحل الكون المبكرة يمكن أن يساعدنا أيضًا في فهم الألغاز الحديثة المستغلقة، مثل كيف أصبح الثقب الأسود الموجود في مركز مجرتنا كبيرًا للغاية. ويوضح هذا الكتاب ما نعرفه عن عصر النجوم الأولى، والثقوب السوداء الأولى، والمجرات الأولى. كما أنه يتطرق إلى سباق اكتشاف نجوم الجمهرة الثالثة، إما عن طريق استخدام تقنيات علم الآثار النجمي أو عن طريق البحث عن أدلة احتضارها منذ فترة طويلة. وسنفك شفرة رموز الانفجار العظيم ونتبع بقايا أقدم المجرات الموجودة في عالَمنا. وسنحتاج إلى عدد لا يحصى من التلسكوبات، بدءًا من تلسكوبات الأشعة تحت الحمراء الخاصة بالفضاء وحتى أجهزة الراديو البسيطة التي تُوضَع في الصحاري والحقول حول العالم. ولكن الأهم من ذلك كله أننا سنعتمد على فضولنا العلمي وحب الاستطلاع عند إزاحة الستار عن حقبة زمنية لم ترَ النور حتى الآن. ولذا فإننا مع كل ما سنكتشفه من مفاجآتٍ، ندعوك إلى الاسترخاء والاستعداد لمشاهدة «فجر الكون».
