الغَسَق الكَوْني

تلسكوب جيمس ويب الفضائي

شكل ٩-١: نقاط لاجرانج. تشبه نقاط لاجرانج أماكن الانتظار في مجال جاذبية الأرض والشمس. تمثل نقطة لاجرانج L2 أهمية خاصة في علم الفلك؛ لأنها تسمح برؤية الفضاء دون أي عوائق، في حين تظل قريبة بما يكفي لإرسال واستقبال الإشارات من وإلى الأرض.

رأينا في الفصل السابع كيف يمكننا استخدام علم الآثار النجمي لوضع تصوُّر عن عدد نجوم الجمهرة الثالثة ذات الكتلة المنخفضة، وتحديدًا دالة الكتلة الأولية النجمية. من المفترض أن تظل النجوم ذات الكتلة المنخفضة، التي تبلغ حوالي ٨٠٪ من كتلة الشمس، على قيد الحياة لفترة طويلة تمتد حتى يومنا الحالي، وكل ما علينا هو البحث عنها حتى إيجادها. لكن الوضع معقد في حالة النجوم ذات الكتلة العالية، حيث تعيش تلك النجوم حياة قصيرة لا تتجاوز بضعة ملايين من السنين. وهذا أقل بكثير من المدة التي يجب أن تعيشها — وهي ١٣ مليار سنة — حتى نتمكَّن من رؤيتها في محيط مجرتنا. ولجمع مزيد من المعلومات حول النجوم ذات الكتلة الأكبر في دالة الكتلة الأولية النجمية، لا خيار أمامنا سوى العودة بالزمن إلى الوراء، من خلال إلقاء نظرة بعيدة بما فيه الكفاية بحيث يكون الضوء الذي نراه هو ضوء تلك النجوم الأولى، سواء كانت حية أو تُحتضَر.

لديَّ لوحة كبيرة من القماش للحقل الفائق العمق معلَّقة على جدار غرفة المعيشة، ولذا فإنني كثيرًا ما أنظر إليها. وفي كل مرة أفعل ذلك، يحاول عقلي جاهدًا استيعاب أن كل هذه النقاط والدوامات الصغيرة هي مجرات، متجمِّدةً في رقصة لا يمكن تصوُّر نطاقها. يصيبني الذهول في كل مرة أنظر إليها. فهي تجعلني أشعر بمدى ضآلتي. وذلك كله في مجرد جزء صغير من السماء. أعتقد أن تلسكوب جيمس ويب الفضائي أحدث ثورة في عُمر الكون تضاهي الثورة التي أحدثها تلسكوب هابل في نطاق الكون. فقد التقط تلسكوب جيمس ويب أضعف إشارات الضوء الصادرة من المجرات الموجودة خلال فترة الفجر الكوني، مما أتاح لنا إلقاء نظرة مباشرة على كيفية تشكُّل تلك المجرات وتطوُّرها. ومن ثَمَّ استطعنا أن نفهم، من خلال النظر إلى أسلاف مجرة درب التبانة، وندرك مدى صغر عمرنا، وعمر الأفراد، والفصائل، والكوكب، بل وحتى المجرة. أعتقد أننا بصدد دراسة جدول زمني لتطور المجرات، ولنا أن نستشعر كم الوقت الهائل الذي مَرَّ خلال عملية التطور هذه.

مصير نجومنا

تحدد كتلة النجم مدى سرعة احتراق وقوده، ومن ثَمَّ مدة بقائه على قيد الحياة. والكتلة مهمة أيضًا لتحديد كيفية موت النجم.

أقل من ٨ كتل شمسية: قزم أبيض

ما بين ٨ كتل شمسية و٢٠ كتلة شمسية: نجم نيوتروني

ما بين ٢٠ و١٠٠ كتلة شمسية: ثقب أسود

تتشكَّل الثقوب السوداء عندما لا يتمكن ضغط النيوترون داخل قلب النجم من الحفاظ على الطبقات الخارجية للنجم. ويستمر الانهيار، مما يؤدي إلى ضغط المادة كثيرًا، ومن ثَم يتولَّد مجال جاذبية قوي للغاية. وفي نطاق مسافة قريبة، تُسمى «أفق الحدث»، لا يمكن لأي شيء الهروب، لا الغبار، ولا المعادن، ولا الغاز، ولا حتى الضوء. ونظرًا إلى أن مجال الجاذبية قوي جدًّا لدرجة أنه سيؤثر تأثيرًا ملحوظًا على قدمَيك أكثر من رأسك، فإنك ستتمدد لتصبح مثل السباجيتي في عملية تسمى «التأثيرات المعكرونية» أو «التمدُّد السباجيتي». يشوه مجال الجاذبية القوي هذا الزمن، مما يجعله يبدو متجمِّدًا للراصد الخارجي. ولذلك ستبدو مثل عود سباجيتي متجمِّد في أفق الحدث، يسقط ليلقى حتفه. في أفق الحدث، ستشعر بالزمن كالمعتاد وسيكون الموت فوريًّا. وسيتحلل جسمك إلى الجزيئات والذرات والإلكترونات والبروتونات والكواركات المكوِّنة له. ولذا يفضَّل ألا تقع في ثقب أسود.

لا بد أنك تتساءل الآن كيف نجحوا في تصوير الثقوب السوداء بعد أن علمتَ أنها نقاط لا يمكن لأي شيءٍ الهروب منها. لقد «رصدنا» حتى الآن ثقوبًا سوداء بمساعدة الجاذبية، أي من خلال تأثير جاذبيتها على الكون المحيط. الأمر أقرب إلى اكتشاف وجود شخص مشهور في أحد مراكز التسوق، فمن غير المرجح أن ترى ذلك الشخص، لكنك ستعلم أن هناك خطبًا ما عندما ترى حشدًا من الناس يخرجون من جميع الاتجاهات نحو نقطة واحدة. نحن نعلم أن هناك ثقبًا أسود في مركز مجرتنا؛ لأن النجوم الموجودة في مركز مجرتنا تتحرك كلها نحوه كما لو كانت تدور حول كتلة هائلة، على الرغم من أننا لا نستطيع رؤية أي شيء (أو على الأقل حتى الآن، فمن المحتمل أن يتمكَّن تلسكوب أفق الحدث من تغيير ذلك الأمر). وبسبب قوة جاذبية الثقب الأسود، فإن أي شيء يقع ضمن نطاق معين منه سوف ينجذب نحوه، وعندما يتمزق بفِعل قوى الجاذبية، تشكِّل المادة قرصَ تراكم، يشبه ذلك الذي رأيناه أثناء تكوُّن النجوم. يؤدي الاحتكاك داخل القرص إلى تسخين الغاز، ومن ثَمَّ ينبعث إشعاع يمكِّننا من رؤيته؛ ولذا فما نراه هو ذلك القرص الذي يحيط بظل الثقب الأسود نفسه. على الرغم من أن الثقوب السوداء من أكثر الأجسام سطوعًا في الكون بسبب أقراص التراكم التي تحيط بها، فإن بُعدها عنا يجعل التقاط صورة لظل أحدها إنجازًا كبيرًا.

اتسم هذا الجزء من الفصل بأنه طويل بعض الشيء؛ وذلك لأن الثقوب السوداء مذهلة بصراحة. إنها تتخطى روعة أي حكاية تاريخية أو استعارة بسيطة. تبلغ كتلة الثقوب السوداء الفائقة الضخامة، مثل تلك التي رصدها تلسكوب أفق الحدث، ملايين أو حتى مليارات الكتل الشمسية. أما الثقوب السوداء المتكوِّنة من نجوم منفردة فهي أصغر بكثير، إلا أن حجمها الشديد الصغر لا يقلل من روعتها. فهي بمثابة مصدر الاضطراب المطلق للزمَكان الذي نشغله، ولن نعاني نقصًا فيها لأنها تتشكَّل من معظم النجوم التي تقع في نطاق يتراوح بين ٢٠ و١٠٠ كتلة شمسية.

ما بين ١٠٠ و٢٦٠ كتلة شمسية: مستعر أعظم غير مستقر الأزواج

أكثر من ٢٦٠ كتلة شمسية: الثقوب السوداء ذات الانهيار المباشر

الثقوب السوداء ذات الوزن الزائد

نظرًا إلى كتلة النجوم الأولى الهائلة، من المرجح أن تنهي حياتها كمستعرات عظمى غير مستقرة الأزواج أو كثقوب سوداء ذات انهيار مباشر. تُعد هاتان الظاهرتان من أكثر الظواهر سطوعًا في السماء، ولذا كان من المقرر أن تكون لدى تلسكوب جيمس ويب الفضائي على الأقل فرصة لرصدهما. كما أنه يعمل على نحو متكامل مع علم الآثار النجمي: فمن خلال مراقبة موت النجوم الأولى وتصنيف عدد النجوم التي تقع في كل نطاق كتلة، يمكننا معرفة أعلى قيمة للكتلة في دالة الكتلة النجمية، التي لا يمكن وصول علم الآثار النجمي إليها بسبب الأعمار القصيرة.

موجات الجاذبية

•••

من المرجح أن تكون النجوم الأولى قد أنهت حياتها كمستعراتٍ عظمى غير مستقرة الأزواج، أو ربما انهارت مباشرة في ثقب أسود في وقت مبكر من تكوين النجوم الأولية. هناك طريقتان واعدتان لإلقاء نظرة على الفجر الكوني، أو بالأحرى الغسق الكوني، حيث ظهرت النجوم الأولى للمرة الأخيرة. تعتمد الطريقة الأولى على تلسكوب قابل للطي يعمل بالأشعة تحت الحمراء على أمل رؤية المستعرات العظمى، في حين تنطوي الطريقة الثانية على مثلث فضائي قد يرتعش عند مرور موجات ثقالية ناتجة عن تصادم الثقوب السوداء ذات الانهيار المباشر. وكلتاهما تتطلبان دقة في التخطيط والاختبار، علاوة على التمويل اللازم لتنفيذ ذلك. كما أنهما من التجارب التي ستصيب علماء الفيزياء الفلكية بتوتر شديد عند انطلاقهما في الفضاء للشروع في رحلاتهما الطويلة. لكن النجاحات الكبرى لا تأتي إلا بخوض المخاطر. فلو لم يكن هناك غلاف جوي للأرض، لكان بإمكانهم إلقاء نظرة أعمق على أركان الكون الصغيرة، وإماطة اللثام عن حالات الموت الأولى للنجوم، إن لم تكن النجوم الأولى نفسها. وحينها، كان الأمر سيبدو كما لو أن جميع أعياد الميلاد قد جاءت دفعة واحدة.

مراجع مفيدة