العصور المظلمة

قياس درجة حرارة الكون

لتخمين ألوان الكون المبكر، عملت باترسون مع العلماء لحساب درجة حرارة الكون عند مرحلة ما وافترضت أن الكون كان يشع بوصفه جسمًا أسود، وهو ما رأيناه افتراضًا معقولًا نظرًا إلى طبيعة طيف الجسم الأسود المتوقع من إشعاع الخلفية الكونية الميكروي. الشيء الوحيد الذي يميِّز طيف الجسم الأسود هو درجة الحرارة؛ ولذا بالنظر إلى درجة الحرارة، يمكنك معرفة شدة الضوء المنبعث عبر جميع الأطوال الموجية، وحساب متوسطها للحصول على اللون الإجمالي.

يمنحنا الضوء، بمحض المصادفة، طريقة للعودة بالزمن. وبسبب سرعة الضوء المحدودة، كلما ابتعد الجسم الذي ننظر إليه، تأخَّر الزمن الذي نراه فيه: فالشمس تظهر كما كانت قبل ثماني دقائق، ويظهر المريخ كما كان قبل أربع دقائق، ومجرة أندروميدا تظهر كما كانت قبل ٢٥٠ مليون سنة. وفي أفضل الأحوال، يمكننا أن ننظر بعيدًا بما يكفي لمعاينة النجوم الأولى التي تشكَّلت قبل حوالي ١٣ مليار سنة من خلال رصد ضوئها المرئي. إن تقنية بناء تلسكوب بصري قادر على العمل بهذه الحساسية أمرٌ يفوق قدراتنا، ولذا يتعين علينا التوصل إلى طريقة أخرى، والإجابة موجودة في عجلة الطيف الكَوْني لكاتي باترسون. ما تخبرنا به العجلة هو أنه يمكننا تتبع ما حدث فيما يتعلق بتكوين النجوم من خلال النظر إلى لون الغاز المتناثر في الكون أو درجة حرارته. فبينما تندمج تلك السحب الغازية المحظوظة، تتبدد السحب غير المحظوظة لتشكل ما نسميه الوسط بين النجمي: وهو مجموعة منتشرة من الذرات معظمها من ذرات الهيدروجين والهيليوم تنجرف في الفضاء بين نجومنا الأولى. إذا كان الغاز دافئًا، فمن المرجَّح أن تكون النجوم قد تشكلت. وإذا كان الغاز باردًا، فهذا يعني عدم وجود أي نجوم حوله؛ إما لأنها لم تتشكَّل بعد، أو لأنها ماتت جميعًا. ماذا لو تمكنا من العثور على النجوم الأولى ليس من خلال رؤيتها، ولكن من خلال تحديد الوقت الذي استغرقته في تسخين الغاز بدرجة كافية للكشف عن مواقعها؟

شكل ٥-١: انعكاس اتجاه الدوران المغزلي. إذا انعكس اتجاه الدوران المغزلي لإلكترون ما (e)، فإن دورانه يتغير من دوران متوازٍ إلى دوران متعاكس، وتطلق الذرة فوتونًا (γ) يبلغ طوله الموجي ٢١سم.

لقد حاولت عدة تجارب القيام بذلك على مدى العقد الماضي. وسُميت هذه التجارب بالتجارب «العالمية» بمعنى أنها تشمل كل شيء، أو قابلة للتطبيق في كل مكان؛ لأنها تسعى إلى تحديد عصر النجوم الأولى من خلال حساب متوسط درجة حرارة السماء المرصودة. كان رصد بنزياس وويلسون لإشعاع الخلفية الكونية الميكروي أيضًا قياسًا عالميًّا؛ فقد اكتشفا درجة حرارة واحدة عوضًا عن توضيح التغيرات التي تطرأ على درجات الحرارة عبر السماء كما فعلت بعثات لاحقة مثل مسبار ويلكنسون لقياس التباين الميكروي وتلسكوب بلانك. ولقياس إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، سار العلماء المعاصرون على خطى بنزياس وويلسون وضبطوا تلسكوباتهم على التردد الذي عرفوا أنه يميز إشعاع الخلفية الكونية الميكروي. ونحن نطبق المبدأ نفسه عند محاولة اكتشاف درجة حرارة الغاز الأولي. فالغاز الساخن يصدر إشعاعًا؛ وغاز الهيدروجين على وجه الخصوص يصدر إشعاعًا بطول موجي مقداره ٢١سم.

درجة حرارة الدوران المغزلي

تتمتع درجة حرارة الدوران المغزلي لغاز الهيدروجين بتاريخ مثير للاهتمام عبر الزمن الكوني، حيث ارتفعت وانخفضت وفقًا للعوامل الأكثر تأثيرًا عليها. في بداية الكون، خضعت ذرات الهيدروجين لتغيُّر في اتجاه الدوران عند اصطدامها بذرات هيدروجين أو إلكترونات ذات دوران معاكس، مما ساعد في تحديد درجة حرارة الدوران المغزلي. ومع تمدُّد الكون، قلَّ عدد هذه الاصطدامات ووتيرة حدوثها، وبدلًا من ذلك أصبح امتصاص فوتونات إشعاع الخلفية الكونية الميكروي هو القوة المهيمنة وراء تحديد عدد ذرات الهيدروجين الموجودة في الحالة المثارة، وبالتالي تحديد درجة حرارة الدوران المغزلي. ومع تشكُّل النجوم الأولى، ظهرت آلية ثالثة لتحديد درجة حرارة الدوران المغزلي. فقد أصدرت النجوم الأولى فوتونات أشعة فوق بنفسجية عالية الطاقة أدت إلى تسخين الغاز واضطراب درجة حرارة الدوران المغزلي. وامتصت ذرات الهيدروجين فوتونات الأشعة فوق البنفسجية، مما أدى إلى إثارة الإلكترونات بما يفوق مستوى الطاقة الذي كان يشير إليه انعكاس اتجاه الدوران المغزلي. لا تفضل الإلكترونات مستويات الطاقة العالية، ولذلك عندما تنخفض إلى مستوى طاقة أقل، تطلق الذرة فوتونات. ستجد بعض الإلكترونات الموجودة في بعض ذرات الهيدروجين نفسها تسقط في حالة عكس اتجاه الدوران المثيرة، حينها ستطلق فوتونًا بطول موجي ٢١سم في الخطوة الأخيرة لتصل إلى الحالة الأرضية. يُسمى هذا التغيير في الحالة بسبب فوتونات الأشعة فوق البنفسجية بتأثير فوتهايسين-فيلد. وهو يفصل درجة حرارة الدوران المغزلي عن إشعاع الخلفية الكونية الميكروي ويربطها بدرجة حرارة الغاز عوضًا عن ذلك. وتعمل فوتونات الأشعة فوق البنفسجية على تسخين الغاز وتحديد درجة حرارة الدوران المغزلي، مما يؤدي إلى ارتباط الاثنين معًا واقتران أحدهما بالآخر.

أول اكتشاف للضوء الأول

حُظرَت الدراسة ولم تصدر على الفور، وهو ما كان يعني أنني سأحظى بشرف قراءتها قبل معظم زملائي، وهنا تحوَّل صمتي من هَوْل الصدمة إلى شعور عارم بالإثارة. لم أستطع احتواء حماستي، وقفزتُ في جميع أرجاء المنزل. لقد كانت تجربة منافسة لتلك التي عكفتُ على العمل فيها طوال العقد الماضي. ولكن شعور الإثارة الذي حفَّزته فكرةُ التوصُّل أخيرًا إلى بعض البيانات من هذا العصر، وإزاحة الستار قليلًا عن تلك الحقبة، كان فيما يبدو شعورًا جماعيًّا وليس حكرًا عليَّ وحدي. لقد نجحت تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي في قياس درجة حرارة الغاز بعد ١٨٠ مليون سنة من الانفجار العظيم. وقد عثرتُ على ذلك الموضع على عجلة الطيف الكَوْني الذي بدأ عنده اللونُ الأحمر الداكن للغاز البارد يتحول إلى اللون الأزرق الساطع للكون الساخن، معلنًا عن تكوُّن النجوم الأولى. وهكذا توصلوا إلى نهاية العصور المظلمة، وسطوع أول أشعة الفجر الكَوْني.

تشبه تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي آلة السفر عبر الزمن «تارديس» (ظهرت هذه الآلة في المسلسل التلفزيوني الممتع «دكتور هُو»). فهي تتكوَّن من هوائيين متماثلَين في التكوين مختلفَين في النطاق: أحدهما مضبوط على الترددات العالية لعصر إعادة التأين، والهوائي الآخر المنخفض النطاق مضبوط على فوتونات العصور المظلمة المنخفضة التردد. ويشبه كل منهما في جوهره طاولة معدنية. فهناك هوائيان أفقيان يستندان على هيكل داعم، بالإضافة إلى لوح أرضي من المعدن يهدف إلى تقليل التداخل الناتج عن البيئة الشديدة الهدوء في صحراء أستراليا الغربية. يتملكني شعور بالصدمة في كل مرة أنظر فيها إلى صورة أحدهما. مجرد طاولة! في الصحراء! ويمكنها الرجوع إلى بدايات كوننا!

عندما تقارن هذه التجربة بمسبار هابل المتطور الموجود في الفضاء، فستجد أنها تجربة متواضعة من حيث الحجم والتكلفة والإبهار، ولكنها ليست كذلك من حيث النتائج. فقد قاست تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي درجة حرارة الهيدروجين على مدى حوالي ١٠٠ مليون سنة، مقارنةً بدرجة حرارة الخلفية (عادة ما يُفترض أنها مجرد إشعاع الخلفية الكونية الميكروي). فإذا تجاوزت درجة حرارة الدوران المغزلي درجة حرارة إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، فإننا نلاحظ أن درجة الحرارة موجبة؛ أي إن الهيدروجين في حالة «انبعاث». ومع ذلك، إذا كانت درجة حرارة الدوران المغزلي أقل من إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، فإننا نلاحظ أن درجة الحرارة سالبة؛ أي إن الهيدروجين في حالة «امتصاص». ولكن لا يمكننا أحيانًا رؤية درجة حرارة الدوران المغزلي على الإطلاق في الجدول الزمني، حيث تكون مساوية لدرجة حرارة إشعاع الخلفية الكونية الميكروي … وتكون درجة الحرارة الإجمالية المقيسة صفرًا.

شكل ٥-٢: درجة حرارة الإشعاع ذي الطول الموجي ٢١سم (T₂₁). نرصد درجة حرارة غاز الهيدروجين (T_spin) مقارنةً بإشعاع الخلفية الكونية الميكروي (T_CMB). في بداية الكون، رُصدت درجة حرارة الهيدروجين وهو في حالة امتصاص، ولكن بمجرد أن بدأت النجوم الأولى في تسخين الغاز حتى أصبحت درجة حرارته أعلى من درجة حرارة إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، انتقلت الإشارة إلى حالة انبعاث.

الإشارة غير المبررة

لو انتهت قصة تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأيُّن العالمي عند هذا الحد، لظلت متصدرة الأخبار ولظللتُ أقفز من فرط حماسي في جميع أرجاء المنزل، ولكنها لم تكن لتصبح سببًا لإحداث ثورة في المجال. أثناء قراءتي لبقية الدراسة، تحوَّل حماسي إلى صمت مربك. فقد أسفرت هذه التجربة عن شيءٍ غريب.

شكل ٥-٣: الاكتشاف الخاص بتجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي (الخط الأسود). لم يتمكَّن أيٌّ من النماذج النظرية التي أُعدت ما قبل فبراير ٢٠١٨ (الخطوط الرمادية) من إنتاج مُنخفَض طيفي بهذا العمق مجددًا، ولم يتكرَّر في أي نموذج حتى الآن شكل هذا القاع المسطح.

احتفظ المشاركون في تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي بسرية اكتشافهم أثناء فحص التقنيات والعلوم التي تدعمها وإعادة فحصها. في كرواتيا عام ٢٠١٧، اجتمع علماء الفيزياء الفلكية لمناقشة التقدم المحرز في اكتشاف النجوم الأولى. جلستُ واستمعتُ إلى المستجدات الواردة من جميع التلسكوبات الرئيسية، وأتذكر الاستماع إلى العرض الذي قدَّمه عالِم الكونيات جود بومان حول تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي. أو بالأحرى حول غيابها. حينها لاحظت أنه ركَّز على تلسكوبات الجيل التالي، مع ذكر القليل جدًّا عن تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي. لقد اعتبرتُ موقفه رفضًا لتجربة متوقفة، وليس صمتًا عن تجربة ناجحة في مرحلة التأكيد. واستطعتُ أن أفهم في وقت لاحق المغزى من الصمت. فقد كان عليهم أن يتأكَّدوا لأن النتائج كانت استثنائية للغاية.

المادة المظلمة

هل أغفلتُ ذكر المادة المظلمة حتى هذه اللحظة؟ يا إلهي. أرجو التماس العذر لي في هذا السهو الفادح، ولكن هذا يعكس الحال الذي عليه مجالُ النجوم الأولى قبل عام ٢٠١٥، تمامًا كما يعكس حال قاعة المحاضرات التي كنت أجلس فيها بصفتي طالبة دكتوراه في عام ٢٠١١ بجوار كاتي باترسون. ما المادة المظلمة؟ وما علاقتها بالنجوم الأولى؟ لا بد أن أطلب من كاتي ملاحظاتها.

لقد تحدثتُ في الفصول السابقة عن الكون الذي كان الهيدروجين هو المكون الرئيسي فيه، لكنني كنت حذرة في صياغتي. فقد وصفتُ الكون العادي، الكون الذي يمكننا «رؤيته»، حتى لو كانت هذه الرؤية تتطلب أشعة سينية أو تلسكوبًا راديويًّا. والمادة «العادية» تتكوَّن من الباريونات، التي تتفاعل مع الضوء حتى نتمكن من ملاحظة وجودها، باستخدام ولو جزءًا على الأقل من الطيف الكهرومغناطيسي. أما المادة المظلمة فهي لا تتفاعل مع الضوء، ومن ثَمَّ لا يمكن رصدها باستخدام جميع التلسكوبات التقليدية وحتى أحدث التلسكوبات لدينا. فنحن لم نكتشف قط المادة المظلمة على نحو مباشر، وهذا ليس بالأمر الهين لأننا نعتقد أن المادة المظلمة تشكِّل ما يصل إلى ٨٥٪ من إجمالي كتلة الكون.

لا يعني ذلك أن علماء النجوم الأولى تجاهلوا المادة المظلمة تمامًا، بل كانت الفكرة السائدة أن المادة المظلمة لا يمكنها التفاعل بشكل ملحوظ إلا من خلال الجاذبية. فالمادة المظلمة تمثل حجر الأساس في عملية تشكيل النجوم الأولى. في بداية الكون، بعد مرحلة إعادة الاندماج التي حدثت بعد الانفجار العظيم ﺑ ٣٨٠ ألف سنة، كان الغاز ساخنًا للغاية مما حال دون انهياره مكوِّنًا أي شيءٍ قريبًا من النجوم؛ لم تكن هناك سحب غازية محظوظة على الإطلاق. ولكن على حد علمنا، وبالرغم من وجود بعض الجدل حول هذا الأمر، كانت المادة المظلمة باردة. والمواد الباردة يمكن أن تنهار، وهذا ما حدث بالفعل. وتُظهر نماذجنا أن المادة المظلمة قد تكثفت في شكل خيوط سميكة، مكوِّنة شبكة كونية تغطي الكون بأكمله. لكن الانهيار توقف عند هذا الحد دون أن تشكل المادة المظلمة نجومًا أو مجرات؛ لأنه على الرغم من أنها كانت باردة بما يكفي لأن تتكثف قليلًا، فلم يكن بإمكانها التفاعل كهرومغناطيسيًّا (أي مع الفوتونات) لتفقد الحرارة مثل الباريونات. وبسبب عدم قدرة المادة المظلمة على فقدان هذه الحرارة، كان الضغط الداخلي أعلى بكثير. وأدى ذلك إلى منع المادة المظلمة من تشكيل أي شيءٍ أصغر بكثير من المناطق التي تتجمع فيها المادة المظلمة بفِعل الجاذبية عند أماكن تقاطع الخيوط، مُشكِّلة ما يسمى بالهالات التي تبلغ حوالي مليون كتلة شمسية.

منحنيات الدوران المسطحة

بدلًا من انخفاض السرعة المتوقع وفقًا لقوانين كيبلر، قاست روبين منحنيات الدوران المسطحة لكل مجرة رصدتها تقريبًا. في البداية، زادت السرعة مع زيادة نصف القطر. وكان هذا يتماشى مع التوقعات حيث كان الجزء الأكبر من الكتلة المضيئة متضمَّنًا داخل نصف القطر المتزايد وبالتالي زادت قوة الجاذبية. ولكن بمجرد أن تجاوزت عمليات الرصد المناطق الخارجية للمجرات المضيئة، أصبحت المنحنيات مسطحة على الفور. والأهم من ذلك أن معدل السرعة ظل ثابتًا بدلًا من أن ينخفض. وكانت هناك منحنيات دوران مسطحة في معظم المجرات التي رصدتها. وتشير المنحنيات المسطحة إلى أنه عند إجراء عملية رصد بعيدًا عن مركز المجرة، تواصل النجوم التحرك بالسرعة نفسها. ولا يمكن حدوث ذلك إلا إذا كانت كمية الكتلة تزداد طرديًّا مع زيادة المسافة، حتى تستمر قوة الجاذبية التي تؤثر على النجوم. وهذا يتنافى مع شكل المجرات التي رصدناها؛ فالمجرات لها مراكز مشرقة وهالات خارجية باهتة، وليس العكس. والاستنتاج الوحيد هو أن هناك كمية هائلة من مادة ما في المجرة لا يمكننا رؤيتها؛ وهي المادة المظلمة.

شكل ٥-٤: منحنيات الدوران المسطحة. أشارت فيرا روبين وهنري فورد في الملاحظات التي قدماها عام ١٩٧٨ أن المجرات التي رصداها اتخذت منحنى دوران مسطحًا، حيث ظلت سرعة دوران النجوم كما هي على الرغم من زيادة المسافة بينها وبين مركز المجرة.

جسيمات المادة المظلمة

المادة المظلمة والضوء الأول

لدينا الآن القليل من المعلومات الأساسية عن المادة المظلمة، ويمكننا أن ندرس سبل ربطها بالملاحظات الخاصة بتجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي. ولكن قبل أن نفعل ذلك، لا بد ألا يفوتني التنويه إلى ضرورة توخي الحذر. إذا طالعت الأبحاث العلمية حول تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي، فستجد أن هناك بعض المفاهيم التي يمكن أن تفسر الإشارة التي اكتشفتها تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي، وأكثرها إثارة هو تفاعل المادة المظلمة، وذلك بسبب النتائج غير المتوقعة والواسعة النطاق التي قد يستفيد بها مجال علمي آخر في أمس الحاجة إلى تلك البيانات. ولذا ففي خضم التحمس لاحتمالية تحقق هذا الأمر، علينا قراءة ما يلي بعقل عالِم لديه شكوك بناءة. فهذه واحدة من بين بضع أفكار، ونحن بحاجة إلى المزيد من البيانات قبل أن نتمكن من تقديمها كنظرية قوية. لقد أدركنا العلاقة بين المادة المظلمة والغاز والمجرات والنجوم منذ وقت طويل، وأدرجنا هذه العلاقة في عمليات المحاكاة، ولذا فلا سبيل لأن يبدو الأمر كما لو أننا لا نعلم شيئًا على الإطلاق عن المادة المظلمة. ومع ذلك، بمجرد أن يتحد الغاز ليشكل نجمًا داخل شبكة المادة المظلمة، فلن تكون لدينا حاجة كبيرة للنظر في المادة المظلمة. فالمادة المظلمة لا تتمتع بأهمية كبيرة، تمامًا كما هو الحال فيما يخص تأثيرها الضئيل في مجموعتنا الشمسية. أو هكذا كنا نظن. ما تشير إليه نتيجة تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي هو أن شيئًا ما يتفاعل مع الغاز ليجعله أكثر برودة، والشيء الوحيد الموجود في الكون ويتمتع بدرجة حرارة أقل من الغاز هو المادة المظلمة.

في حال وجود سحابة ساخنة من الغاز وسحابة باردة من المادة المظلمة، تنتقل الطاقة من السحابة الأولى إلى السحابة الثانية حتى تصبح الاثنتان في حالة توازن حراري؛ حيث يبرد الغاز وتسخن المادة المظلمة قليلًا. لكن مهلًا، تشتهر المادة المظلمة بعدم تفاعلها مع المواد الأخرى؛ كما يتضح من اسمها، الجسيم الضخم الضعيف التفاعل. وقد أشارت الدراسة البحثية الخاصة بنظرية تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي إلى أن الكون الحالي مختلف تمامًا عما كان في الماضي. فما يُظهره اللون الأزرق على يمين عجلة باترسون هو أنه بعد الانفجار العظيم بمئات الملايين من السنين، وصل الغاز في الكون إلى أدنى درجة حرارة له على الإطلاق، وكان من المفترض أن تستمر درجة حرارته في الانخفاض حتى يومنا هذا. ولكن، بعد فترة وجيزة، ساهمت النجوم الأولى وجميع الأجيال اللاحقة من النجوم في ارتفاع درجة حرارة الغاز وإبقائه ساخنًا. في الوقت الحاضر، لا تتفاعل المادة المظلمة كثيرًا، وقد لا تتفاعل على الإطلاق، مع الجسيمات المحيطة بنا، وإلا لكنا قد رأينا ما يدل على حدوث ذلك، سواءٌ في تجربة تُجرى تحت سطح الأرض أو في تواتر انفجارات البشر. ولكن ماذا لو كانت المادة المظلمة لا تتفاعل إلا عند سرعات منخفضة جدًّا، أو عند درجات حرارة منخفضة؟ يحدث الكثير من التفاعلات أو التصادمات المختلفة بين الجسيمات، ولن يحدث بعضها إلا في تصادماتٍ عالية الطاقة، بينما يتطلب البعض الآخر بيئة أهدأ. حاول معانقة شخص يركض نحوك وستدرك لماذا يكون التباطؤ في بعض الأحيان أفضل عندما يتعلق الأمر بالتفاعلات. توفر العصور المظلمة أهدأ بيئاتٍ على الإطلاق، حيث كانت جزيئات الغاز تتحرك بأبطأ سرعاتها. لذلك، إذا كانت تصادمات المادة المظلمة تحدث على الأرجح في البيئات الباردة، فغالبًا هذا هو أنسب وقت لتحدث فيه. وهذا ما يفسر بدقة سبب عدم تفاعل المادة المظلمة كثيرًا الآن، وأنها كانت أكثر قابلية للتفاعل في الماضي.

مشكلة درجات الحرارة الدنيا

•••

لقد ناقشنا مسألة المادة المظلمة وإشعاع الخلفية الإضافي. وهكذا نصل إلى الاحتمال الثالث، وهو أن البيانات غير دقيقة. على الرغم من بساطة تصميم تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي، فإن تحليل البيانات مسألة معقدة. فعند تشغيل تلسكوب راديوي وضبطه على أحد الترددات، فأنت لا تلتقط الفوتونات الصادرة عند هذا التردد من النجوم الأولى فحسب. بل تلتقط جميع الفوتونات الصادرة عند هذا التردد، بما فيها تلك التي تنتجها الأرض من الهواتف المحمولة والطائرات ومحطات الراديو. وتعد المجرة نفسها مصدرًا ممتازًا للفوتونات، والتي تفوق في عددها عدد الفوتونات المنبعثة من إشارة النجوم الأولى بمئات إلى آلاف المرات. يتمحور مجال اختصاصي المهني حول تحديد كيفية التقاط الإشارة من بين كل تلك الإشارات المتداخلة. ويتطلب هذا الأمر أساليب إحصائية ومعرفة ممتازة بمدى سطوع المجرة عند كل تردد. وقد تمرسنا على اكتشاف هذه الأشياء جيدًا، لكننا يساورنا القلق دائمًا حول احتمالية وجود شيءٍ مجهول، ربما مصدر للفوتونات يساهم في وجود إشارة متداخلة لا نتوقعها ولا نعلم حتى بوجودها. فقد تكون الإشارات المُكتشَفة إشارات متداخلة وعالقة، تتظاهر بأنها إشارات حقيقية. وقد حظيت هذه النظرية باهتمام متزايد في الأدبيات العلمية. وفي أحد المؤتمرات بعد الإعلان عن نتائج تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي، ذهبتُ إلى أحد العلماء المشاركين في تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي وأخبرتُه بأنني أريد التحدث معه بشأن الإشارات المتداخلة. نظر إليَّ نظرة منهكة وتنهَّد قائلًا: «بالطبع تريدين ذلك». أعتقد أن الكثيرين كانوا يطرحون عليه الأسئلة نفسها في ذلك الاجتماع. على سبيل المثال، هل تحققوا من خوارزمياتهم؟ هل جربوا طريقة مختلفة لإزالة الإشارات المتداخلة؟ وكانت الإجابة دائمًا هي نعم، كما تشير دقة البحث الأصلي. إن هذا ليس إعلانًا عن صحة ما اكتشفته التجربة، ولكنه قائمة من واقع معرفتي الذاتية بما لم تكتشفه تلك التجربة. لقد حاولوا كلَّ ما في وسعهم لتفسير هذه الإشارة بحل بسيط. نحن الآن في مواجهة متأزمة مع النظريات التي لا يمكن حلها إلا بتوفر المزيد من البيانات.

متى كانت نهاية العصور المظلمة؟

نحن ندرك أننا نعيش في العصور المظلمة بأكثر من طريقة. تاريخيًّا، تشير العصور المظلمة إلى الفترة بين عامَي ٥٠٠ و١٤٠٠ ميلاديًّا تقريبًا. ويستحضر هذا المصطلح في الأذهان صورة البرابرة، والطاعون الأسود، وغياب التعليم، والرفاهية والثقافة. وقد صكَّ العالِم الإيطالي بترارك هذا المصطلح في القرن الرابع عشر، واستخدمه للإشارة إلى قلة الإنتاج الفكري في القرون السابقة. وعلى الرغم من أن المصطلح ظهر نتيجة انزعاج شخص واحد لعدم تمكنه من العثور على كتاب جيد، فقد ظل المصطلح باقيًا. ومع مرور الوقت، ظهر العديد من الأدلة على حدوث تقدُّم في المجالات العلمية والفنية والثقافية خلال العصور المظلمة. ونتيجة لذلك، فقدَ هذا المصطلح شعبيته، باستثناء عدد قليل من المؤرخين الذين احتفظوا به للإشارة إلى عدم وجود سجلات ومحفوظات خلال تلك الفترة. وقد وسَّعوا نطاق هذا التفسير الأخير ليشمل عصرًا أكثر حداثة: العصور الرقمية المظلمة. ويُقصَد بها العصور المظلمة المعاصرة التي ظهرت نتيجة عدم القدرة على معالجة أو تحليل تنسيقات ملفاتٍ قديمة لا يتوفر منها نسخة ورقية. ففي العصر الرقمي، كثيرًا ما تُحذف البيانات أو تُسجَّل بتنسيقاتٍ لا نعرف كيفية التعامل معها (على سبيل المثال، اطلب من أحد المراهقين تحميل بياناتٍ من قرص مرن). وفيما يخص العصور المظلمة للكون، فقد انتهت حقبة البيانات المفقودة. فلدينا القليل من البيانات ووجدنا سجلًّا تاريخيًّا واحدًا دفعنا بالفعل إلى إعادة كتابة التاريخ الذي اعتقدنا أننا نعرفه. وعلى غرار اكتشاف قرص مرن في موقع أثري من العصور الوسطى، فقد جعلتنا تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي نشك في كثير من الأشياء التي كنا نعتبرها حقائق مؤكَّدة.

هناك تلسكوبات أخرى حوَّلت تركيزها إلى ترددات درجات الحرارة المتدنية في حالة الامتصاص، من أجل الحصول على مزيد من البيانات للتحقق من صحة الإشارة التي اكتشفتها تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي واعتمادها. تستخدم هذه التلسكوبات الموجودة في نصفَي الكرة الأرضية المنفصلَين خوارزمياتٍ مختلفة لتحليل بياناتها. ومن ثَمَّ، إذا كان الاكتشاف ناتجًا عن خوارزمية مغلوطة، فإنه يظل لدينا أمل في ألا يتكرر ذلك في البيانات الواردة من تلسكوب آخر، وحينها سنعرف أن هناك مشكلة.

•••

يبدو أن تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي قد فتحت الباب أمام حقبة كانت مخفية سابقًا. وقد استخدمت درجة حرارة غاز الهيدروجين في الكون المبكر لتتبع الوجود الضمني لنجوم الجمهرة الثالثة. عندما بدأ الاندماج في النجوم الأولى جديًّا، أدى ذلك إلى تسخين الغاز المحيط، ومن ثَمَّ إلى ارتفاع درجة حرارته مقارنةً بدرجة حرارة إشعاع الخلفية الكونية الميكروي. تشير بيانات تجربة رصد تأثير عصر إعادة التأين العالمي إلى أن النجوم الأولى قد تشكَّلت بعد الانفجار العظيم بحوالي ١٨٠ مليون سنة، ولكنها تشير أيضًا إلى أن غاز الهيدروجين كان أبرد بكثير مما كان متوقعًا. قد يرجع السبب في ذلك إلى تفاعل المادة المظلمة على نحو غير معتاد مع غاز الهيدروجين، ولكنه قد يكون أيضًا بسبب وجود إشعاع خلفية إضافي إلى جانب إشعاع الخلفية الكونية الميكروي. التجربة معقدة، ولذا نحتاج إلى المزيد من البيانات للتحقق من صحة ما اكتشفته واعتماده قبل استخلاص أي استنتاجات مهمة.

إن زيادة وضوح إشارة مشوشة تمامًا واكتشاف النظرية الصحيحة يتطلب بذل الكثير من الجهد. فالنظريات ليست متناقضة. ولكن ربما يمكننا اكتشاف إشارة الفجر الكوني الحقيقية باستخدام جزءٍ بسيط من كل نظرية. وربما نتوصل حينها إلى شيء جديد لم يفكر فيه أحدٌ من قبل. ففي نهاية المطاف، لا توجد حتى الآن نظرية بإمكانها تفسير شكل القاع المسطح للمنخفض الجوي الناتج. ولذا، ربما سنحتاج إلى تطوير نظرياتنا إلى مستوًى جديد تمامًا. فهناك أمور لا نستطيع فهمها. وهذا ما يثير اهتمام العلماء وحماسهم.