أصل الضوء في الكون

أصل الضوء في الكون

مصر:إيهاب محمد زايد

لقد عرفنا أخيرًا ما الذي أشعل الأضواء في فجر الزمن

لقد عرفنا أخيرًا ما الذي جلب الضوء إلى الفراغ المظلم عديم الشكل للكون المبكر.

وفقا لبيانات من تلسكوبات هابل وجيمس ويب الفضائية، فإن أصول الفوتونات الطائرة الحرة في الفجر الكوني المبكر كانت عبارة عن مجرات قزمة صغيرة اشتعلت بالحياة، مما أدى إلى إزالة ضباب الهيدروجين الغامض الذي ملأ الفضاء بين المجرات.

تقول عالمة الفيزياء الفلكية إيرينا تشيميرينسكا من معهد الفيزياء الفلكية في باريس: “يكشف هذا الاكتشاف عن الدور الحاسم الذي لعبته المجرات الخافتة للغاية في تطور الكون المبكر”.

“إنها تنتج فوتونات مؤينة تحول الهيدروجين المحايد إلى بلازما مؤينة أثناء إعادة التأين الكوني. وهذا يسلط الضوء على أهمية فهم المجرات منخفضة الكتلة في تشكيل تاريخ الكون.”

في بداية الكون، وفي غضون دقائق من الانفجار الكبير، امتلأ الفضاء بضباب حار وكثيف من البلازما المتأينة. ما كان من الضوء القليل الذي كان موجودًا لم يكن ليخترق هذا الضباب؛ ببساطة، ستتشتت الفوتونات من الإلكترونات الحرة التي تطفو حولها، مما يجعل الكون مظلمًا بشكل فعال.

مع تبريد الكون، بعد حوالي 300 ألف سنة، بدأت البروتونات والإلكترونات تتجمع معًا لتشكل غاز الهيدروجين المحايد (والقليل من الهيليوم). يمكن لمعظم الأطوال الموجية للضوء أن تخترق هذا الوسط المحايد، لكن لم يكن هناك سوى القليل جدًا من مصادر الضوء لإنتاجه. لكن من الهيدروجين والهيليوم ولدت النجوم الأولى.

قدمت تلك النجوم الأولى إشعاعًا كان قويًا بما يكفي لإبعاد الإلكترونات عن نواتها وإعادة تأين الغاز. ومع ذلك، عند هذه النقطة، كان الكون قد توسع كثيرًا لدرجة أن الغاز كان منتشرًا، ولم يتمكن من منع الضوء من السطوع. بعد حوالي مليار سنة من الانفجار الكبير، نهاية الفترة المعروفة باسم الفجر الكوني، تم إعادة تأين الكون بالكامل. تا دا! كانت الأضواء مضاءة.

ولكن نظرًا لوجود الكثير من الظلام في الفجر الكوني، ولأنه خافت جدًا وبعيد عبر الزمان والمكان، فقد واجهنا صعوبة في رؤية ما هو موجود هناك. واعتقد العلماء أن المصادر المسؤولة عن معظم هذا الخلاء لا بد أن تكون قوية ــ الثقوب السوداء الضخمة التي يؤدي تراكمها إلى إنتاج ضوء متوهج، على سبيل المثال، والمجرات الضخمة في خضم تكوين النجوم (تنتج النجوم الصغيرة الكثير من الضوء فوق البنفسجي).

تم تصميم تلسكوب جيمس ويب الفضائي جزئيًا للنظر في الفجر الكوني ومحاولة رؤية ما يكمن فيه. لقد كان ناجحًا جدًا، حيث كشف عن جميع أنواع المفاجآت حول هذا الوقت الحاسم في تكوين كوننا. ومن المثير للدهشة أن ملاحظات التلسكوب تشير الآن إلى أن المجرات الصغيرة هي اللاعب الرئيسي في إعادة التأين.

تحول فريق دولي بقيادة عالم الفيزياء الفلكية حكيم عتيق من معهد الفيزياء الفلكية في باريس إلى بيانات تلسكوب جيمس ويب الفضائي حول مجموعة مجرات تسمى أبيل 2744، مدعومة ببيانات من هابل. Abell 2744 كثيف جدًا لدرجة أن الزمكان يلتف حوله، ويشكل عدسة كونية؛ أي ضوء بعيد يسافر إلينا عبر الزمكان يصبح مكبرا. وقد سمح ذلك للباحثين برؤية المجرات القزمة الصغيرة القريبة من الفجر الكوني.

ثم استخدموا تلسكوب جيمس ويب الفضائي للحصول على أطياف تفصيلية لهذه المجرات الصغيرة. وكشف تحليلهم أن هذه المجرات القزمة ليست فقط أكثر أنواع المجرات وفرة في الكون المبكر، بل إنها أكثر سطوعًا بكثير من المتوقع. في الواقع، يُظهر بحث الفريق أن عدد المجرات القزمة يفوق عدد المجرات الكبيرة بنسبة 100 إلى 1، وأن ناتجها الجماعي يبلغ أربعة أضعاف الإشعاع المؤين المفترض عادةً للمجرات الأكبر حجمًا.

يقول أتيك: “تبعث هذه القوى الكونية مجتمعة ما يكفي من الطاقة لإنجاز المهمة”. “على الرغم من حجمها الصغير، فإن هذه المجرات منخفضة الكتلة تنتج إشعاعًا نشطًا بكثرة، ووفرتها خلال هذه الفترة كبيرة جدًا لدرجة أن تأثيرها الجماعي يمكن أن يغير حالة الكون بأكملها.”

إنه أفضل دليل حتى الآن على القوة الكامنة وراء إعادة التأين، ولكن هناك المزيد من العمل الذي يتعين القيام به. نظر الباحثون إلى قطعة صغيرة من السماء؛ إنهم بحاجة للتأكد من أن عينتهم ليست مجرد مجموعة شاذة من المجرات القزمة، ولكنها عينة تمثيلية لجميع السكان في الفجر الكوني.

إنهم يعتزمون دراسة المزيد من مناطق العدسات الكونية في السماء للحصول على عينة أوسع من مجموعات المجرات المبكرة. ولكن في هذه العينة فقط، كانت النتائج مثيرة بشكل لا يصدق. لقد كان العلماء يبحثون عن إجابات حول إعادة التأين طوال فترة علمنا بها. نحن على حافة إزالة الضباب أخيرًا.

تقول عالمة الفيزياء الفلكية ثيميا ناناياكارا من جامعة سوينبيرن للتكنولوجيا في أستراليا: “لقد دخلنا الآن منطقة مجهولة مع تلسكوب جيمس ويب الفضائي”.

“يفتح هذا العمل المزيد من الأسئلة المثيرة التي نحتاج إلى الإجابة عليها في جهودنا لرسم خريطة العالم التاريخ التطوري لبداياتنا.”

وقد تم نشر البحث في مجلة الطبيعة.