الفضاء / الملاحظات التي تؤكد وجود عناقيد مجرية ضخمة عندما كان الكون فتيا تشير إلى أن الكون سيستمر في التوسع إلى الأبد
أفيشاي جال يام
فلو كان الكون كثيفًا، لتطورت البنى الموجودة فيه بسرعة عالية نسبيًا. إذا كانت العناقيد المجرية الضخمة موجودة منذ زمن طويل، فيجب أن يحتوي الكون على عدد من العناقيد اليوم أكبر بكثير مما هو موجود بالفعل.
تؤكد الملاحظات الجديدة أن مجموعات المجرات، وهي أنظمة واسعة تحتوي على مادة أكثر بملايين المليارات من المرات من الشمس، كانت موجودة عندما كان عمر الكون حوالي ربع عمره اليوم. ويشير وجود مثل هذه التجمعات الضخمة والشابة إلى أن متوسط كثافة المادة في الكون بأكمله منخفض، ويترتب على ذلك أنه من المتوقع أن يتوسع الكون إلى الأبد.
الافتراض المقبول بين الباحثين اليوم هو أن الكون قد خُلق في "الانفجار الكبير": وهو انفجار ضخم نشأ فيه الكون عندما كان كثيفًا للغاية وحارًا بشكل لا نهائي ومنتشر في كل مكان. إن تطور الكون بعد الانفجار الأعظم يتحدد، وفق النماذج المقبولة، بالتوازن بين عمليتين: التنافر من الانفجار الأعظم يؤدي إلى تمدد الكون، في حين أن قوة الجاذبية التي تعمل بين أجزاء الكون المختلفة الكون، يؤدي إلى تباطؤ التوسع. قوة الجاذبية بين الجسمين تكون أقوى كلما زادت كتلتهما وأضعف كلما زادت المسافة بينهما. ولهذا السبب فإن متوسط كثافة الكون هو ما يحدد فعليًا تطوره: إذا كانت الكثافة عالية بدرجة كافية، فإن قوة الجاذبية ستكون قوية بما يكفي للتغلب على التنافر الناتج عن الانفجار الأعظم، وسيتوقف توسع الكون. في مثل هذه الحالة، هناك احتمال أن يبدأ الكون بالانكماش بعد مرور بعض الوقت.
ومن ناحية أخرى، إذا كان متوسط الكثافة صغيرًا وكان الكون متناثرًا نسبيًا، فيمكن أن يستمر في التوسع؛ ومع انتشارها، تصبح أكثر تناثراً، وتزداد المسافة بين أجزائها المختلفة؛ وكلما زادت المسافة بين أجزائه، أصبحت قوة الجاذبية أصغر، وغير قادرة على وقف توسع الكون. كثافة المادة التي تكون كبيرة بما يكفي لوقف معدل التمدد، ولكن لا تسبب الانكماش، تسمى "الكثافة الحرجة".
تؤثر الكثافة أيضًا على بنية الكون، كما نعرفه. بعد وقت قصير من خلقه، كان الكون موحدًا جدًا، وكانت كثافة المادة متشابهة جدًا في كل مكان. لكن اليوم، الكون ليس موحدًا على الإطلاق. يتم تجميع معظم المادة التي نعرفها في أنظمة منظمة: النجوم، مثل الشمس، والتي تتجمع المليارات منها معًا لتشكل المجرات. كما أن المجرات ليست منتشرة بشكل عشوائي في الفضاء: فهي منظمة في مجموعات تسمى "العناقيد المجرية"؛ قد تحتوي كل مجموعة من هذه المجموعة على آلاف المجرات. حتى عناقيد المجرات مرتبة في مجموعات تسمى "العناقيد المجرية الفائقة".
إن العملية التي حولت الكون البدائي الموحد، الذي نشأ في الانفجار الكبير، إلى الكون الذي نعرفه، والذي يحتوي على هياكل منظمة للمادة مع مساحات كبيرة وفارغة نسبيًا بينها، تنبع مرة أخرى من قوة الجاذبية. في بعض مناطق الكون المبكر كانت كثافة المادة أكبر قليلًا مما كانت عليه في المناطق المحيطة بها. تسببت قوة الجاذبية التي تمارسها هذه التركيزات من المادة في تحرك مادة إضافية في اتجاهها، مما جعلها أكثر كثافة والمناطق المحيطة بها أكثر تناثرًا.
ومع احتواء المنطقة على المزيد من المادة وأصبحت أكثر كثافة، زادت جاذبيتها وسحبت المزيد من المادة نحوها. وأصبحت هذه المناطق بمثابة "بذور كونية" نمت منها الهياكل الضخمة التي نراها اليوم. تعتمد عملية نمو هذه "البذور الكونية" إلى حد كبير على كثافة المادة.
كلما زاد متوسط كثافة المادة، كلما تطورت الهياكل الناتجة بشكل أسرع.
إن فهم عمليات تطور الكون يسمح للباحثين بالاستفادة من الملاحظات لقياس الخصائص الأساسية للكون، مثل متوسط كثافة المادة فيه. قام فريق من الباحثين بقيادة البروفيسور نيتا باكول من جامعة برينستون في الولايات المتحدة الأمريكية، بتحليل خصائص مجموعات المجرات التي رصدها قمر المراقبة "آينشتاين". واكتشف هذا القمر الصناعي العناقيد المجرية من خلال رصد إشعاعات الأشعة السينية المنبعثة من الغاز الساخن الموجود في تلك العناقيد بكميات كبيرة. وتبين أن عينة العناقيد المجرية التي اكتشفها "أينشتاين" تحتوي على عدد من العناقيد الأكثر بعدا عنا: وفي ضوء هذه العناقيد احتاجت مليارات السنين للوصول إلينا. وهذه الحقيقة تعلمنا أنها كانت موجودة عندما كان عمر الكون أقل من نصف عمره الحالي. ويزعم الباحثون أن مجرد وجود هذه العناقيد يثبت أن متوسط كثافة الكون لا يمكن أن يكون كبيرًا جدًا.
فلو كان الكون كثيفًا، لتطورت البنى الموجودة فيه -مجموعات المجرات مثلًا- بسرعة عالية نسبيًا. لو كانت هناك بالفعل منذ زمن طويل مجموعات ضخمة كتلك التي لاحظها "آينشتاين"، لكان التطور السريع للهياكل في الكون قد أدى إلى حقيقة أن الكون من حولنا اليوم، المعروف لنا من خلال العديد من الملاحظات الفلكية، كان من المفترض أن يحتوي على كمية أكبر بكثير من الهياكل الكبيرة، مثل مجموعات المجرات، مما يظهر فيه بالفعل. ومن تحليل الملاحظات، خلصت البروفيسورة بيكول وشركاؤها إلى أن متوسط كثافة الكون قد يصل فقط إلى حوالي 30% من الكثافة الحرجة. ويترتب على ذلك أنه لا يوجد ما يكفي من المادة في الكون لوقف توسعه، وبالتالي سيستمر في التوسع إلى الأبد - وهو أحد أهم التنبؤات الأساسية المتعلقة بالكون الذي نعيش فيه.
وفي ملاحظات جديدة من مرصد "شاندرا" الفضائي، نشرها عالم الفلك البريطاني أندرو فابيان وفريقه، تم اكتشاف عنقود مجرات أصغر سنا حتى من تلك التي اكتشفها "أينشتاين": هذا العنقود كان موجودا عندما كان عمر الكون أقل من ألف عام. ربع عمره الحالي وعلى الرغم من أن هذه المجموعة أقل أهمية، إلا أن وجودها في حد ذاته، كما يدعي البروفيسور فابيان، يؤكد استنتاجات البروفيسور باكول.
إن الجمع بين الملاحظات المبتكرة، التي اكتشف الباحثون من خلالها مجموعات مجرية بعيدة جدًا، وفهم عمليات تطور الكون، يجعل من الممكن تحديد أن كثافة الكون الذي نعيش فيه منخفضة نسبيًا وبالتالي وسوف تستمر في التوسع إلى الأبد.
