التصنيف: فلك

ما هي الثقوب البيضاء؟

الثقوب البيضاء هي أجسام فرضية غريبة، أول من افترض وجودها العالم ألبرت آينشتاين في نظرية النسبية. حيث تمثل الثقوب البيضاء الأجسام المضادة للثقوب السوداء على الرغم من أنها تتشارك معها في الخصائص ولكن تأثيرها في الفضاء عكس تأثير الثقوب السوداء. فالثقب الأسود يعمل على جذب الأشياء والعناصر الموجودة في الفضاء إلى داخله، ولا يمكن لأي شيء الهروب من تأثير وقوة جذب الثقب الأسود. أما الثقوب البيضاء فإنها تعمل على قذف العناصر الموجودة في الفضاء بعيداً عنها. ومن المستحيل على أي شيء في الفضاء الاقتراب من منطقة أفق الحدث (وهي المنطقة المحيطة بالثقب بغض النظر عن نوعه) .[1] [2] [3]

الثقب الأبيض أحد المكونات الأساسية للثقوب الدودية

كما ذكرنا سابقاً فإن آينشتاين هو من تنبأ بوجود الثقوب البيضاء في الفضاء. وغالباً كان وما زال يتم ذكرها عند الحديث عن الثقوب الدودية على أنها أحد العناصر الأساسية في هذه الممرات. حيث أن الثقب الدودي هو ممر افتراضي موجود في الفضاء يعمل على نقل الأجسام من منطقة إلى أخرى في كوننا. وكما ذكرنا سابقاً بأن الثقوب البيضاء تعمل على قذف الأجسام بعيداً عنها على عكس الثقوب السوداء.

لكن ما علاقة الثقوب البيضاء بالثقوب السوداء؟ وما علاقة هذين الثقبين بالثقوب الدودية؟ في الواقع لا وجود للثقوب الدودية دون وجود الثقوب السوداء والثقوب البيضاء. وذلك لأن الثقب الدودي يتكون بالأساس من ثقب أسود (يمثل نقطة دخول) وثقب أبيض (يمثل نقطة خروج) حيث أنهما متصلين مع بعضهما البعض بواسطة نسيج الزمكان. فعلى سبيل المثال يجذب ثقب أسود موجود في مكان ما في عالمنا جسم معين يسبح في الفضاء. ويمر هذا الجسم عبر ممر يخترق نسيج الزمكان ويخرج في مكان آخر في هذا الكون عبر ثقب أبيض. ويمكن أيضاً أن يسافر إلى أكوان أخرى![2]

الثقوب البيضاء وأبعاد كوننا الأربعة

عند الحديث عن الثقوب البيضاء والثقوب السوداء يجب علينا أن نذكر الأبعاد الأربعة للكون ومن المهم استيعاب فكرة تكون نسيج الزمكان. حيث أن الأبعاد المعروفة لنا حالياً وتم فعلاً رصدها هي أربعة أبعاد، أبعاد المكان الثلاثة، وهي الطول والعرض والارتفاع. والبعد الرابع وهو الزمن. وهذه الأبعاد تشكل معاً نسيجاً معقداً يمكن تخيله على أنه المادة التي تحيط بكل شيء. وهذا النسيج ينحني بفعل قوى الجاذبية الكبيرة للعناصر الموجودة في الفضاء مثل النجوم والكواكب. والدليل على ذلك هو ظاهرة الكسوف الكلي للشمس. حيث أننا وبالرغم من حجب القمر كامل الشمس نرى حلقة ضوء حول القمر. وذلك لانحناء الضوء بفعل انحناء نسيج الزمكان حول القمر نتيجة لجاذبيته.

ولكن ما علاقة نسيج الزمكان بالثقوب البيضاء والسوداء؟ إن الإجابة على هذا السؤال قد ذكرناها بالفعل سابقاً. وهي أن نسيج الزمكان يربط بين الثقوب البيضاء والسوداء. ويمثل الممر في الثقوب الدودية. [1]

هل يمكن أن يولد ثقب أبيض من ثقب أسود؟

في الواقع يؤمن بعض الباحثون بأن المزيج بين النظرية النسبية والنظرية الكمية وضعت طريقة تفكير جديدة حول الثقوب البيضاء بدلا من كونها مجرد باب للخروج فقط في الثقوب الدودية. حيث أنها يمكن أن تكون إعادة بالعرض البطيء لحياة سابقة لثقب أسود ما. ولكن كيف يحدث ذلك؟

تبدأ هذه العملية عند انهيار نجم عظيم كهل تحت تأثير كتلته الرهيبة. وعندها يتشكل ثقب أسود ذو كتلة وكثافة لا نهائيتين. ثم تبدأ التأثيرات الكمية بالتأثير على سطح هذا الثقب وتعمل هذه التأثيرات على وقف مسار تكون ثقب أسود مفرد. وبدلاً من ذلك يتحول الثقب الأسود إلى ثقب أبيض يقذف ويشع بالمادة الأصلية للنجم. [2]

تأثير الوقت في الثقب الأبيض

يتواجد الثقب الأبيض عندما يتواجد تركيز كبير من المادة في منطقة واحدة. وذلك يسبب حدوث تسارع في الزمن. وما يدل على ذلك الساعتان الذريتان الموجودتان في كولورادو وانجلترا. فالساعة الموجودة في انجلترا توجد على مستوى سطح البحر. أما التي في كولورادو توجد على ارتفاع 5000 قدم فوق سطح البحر. وبسبب اختلاف تركيز المادة فإن الساعة الثانية تتقدم بفارق 5 مايكرون من الثانية في السنة عن الساعة الأولى. ونظرياً فإن كنت تعيش على الشمس فإن الوقت سيمر بوتيرة أبطأ مما كان عليه على الأرض. وإن كنت تعيش داخل ثقب أبيض كبير بما يكفي فإنه ربما تمر ملايين بل مليارات السنين خارج الثقب ولكنك ستشعر وكأنها بضع أيام لا أكثر![1]

وفي النهاية تبقى الثقوب البيضاء مجرد أجسام يتوقع وجودها دون التأكد من ذلك حتى الآن، فهل تصدق نبوءة أينشتاين مرة أخرى؟

المصادر

1. Wikipedia
2. BBC Science
3. UNIVERSE TODAY

إذا أردنا أن نجمع بين العلم وإثارة الجدل، يحق علينا أن نذكر ستيفن هوكينج؛ واحدٌ من أشهر -إن لم يكن أشهر- العلماء على مر التاريخ. يعرفه الملايين بفضل اكتشافاته في الفيزياء الكونية، وبالتحديد في الثقوب السوداء وإشعاعاتها. لخَّص “تاريخ موجز الزمان” في كتابٍ يحمل نفس الاسم، وتغلب على الضمور العضلي مقدمًا لنا درسًا ونموذجًا لن ننساه ما حيينا.

نسلٌ مفكر

وُلد ستيفن هوكينج في الثامن من يناير عام 1942، وبالصدفة العجيبة، يوافق هذا التاريخ المئوية الثالثة لوفاة العظيم جاليليو. وهو ما يفتخر به هوكينج نفسه في كتاب “تاريخ موجز الزمان”. يمكنك قراءة ملخص للكتاب من هنا.

تأججت عائلة ستيفن هوكينج بالمفكرين؛ فأمه -الأسكتلندية- درست في أكسفورد في ثلاثينيات القرن الماضي. ولمن لا يعلم، فهذا الوقت كان عصيًا على النساء فيه أن يلتحقوا بالجامعات، ناهيك عن أكسفورد التي تعد واحدة من أعرق جامعات العالم. أما أبوه، فكان خريجًا لنفس الجامعة أيضًا، وباحثًا كبيرًا في الأمراض الاستوائية Tropical diseases.

على الرغم من التصادف المميز بين مولد هوكينج ووفاة جاليليو، إلا أنه من الناحية العملية، لم يكن موعد مجيئه إلى هذه الحياة هو الأفضل بالنسبة لوالديه. فأبوه كان في ضائقة مالية، وإنجلترا، وبالتحديد لندن، كانت في ضائقة تهدد وجودها من الأساس بسبب تداعيات الحرب العالمية الثانية وقصف ألمانيا المستمر لها. المشكلة أن لندن كانت مستقرًا للأسرة؛ إذ إنها كانت المكان الذي عمل فيه والد ستيفن على أبحاثه. وبسبب الأحداث العصيبة التي كانت تمر بها لندن في ذلك الوقت، قررت أيزوبيل هوكينج (والدة ستيفن)، أن تعود إلى أوكسفورد كي تضع مولودها بسلام.

وفقًا لأحد المقربين من عائلة ستيفن هوكينج، كانت العائلة غريبة الأطوار. كانوا يتناولون العشاء في صمت، وكل فرد منهم يقرأ كتابًا بتركيز شديد. وبدلًا من امتلاك العائلة لسيارة عادية، كانوا يمتلكون سيارة أجرة “تاكسي” من طراز Taxi London القديم. كما لم يفكر أحدهم في إصلاح طوابق منزلهم المتهاوية. وكان قبو المنزل ملجأً للنحل وكانت العائلة تستمع بصناعة الألعاب النارية.

عادةً ما كانت الأم تصطحب ستيفن وإخوته في الباحة الخلفية من المنزل لتقضي معهم أفضل الليالي الصيفية. وهناك -في باحة المنزل- لاحظت أيزوبيل هوكينج أن ابنها ستيفن كان لديه فضول كبير، ودائمًا ما شعر أن النجوم هي مصدر إلهامه.

ستيفن هوكينج لم يكن متفوقًا!

قد تعتقد أن عالمًا بحجم هوكينج كان نابغةً دراسية بكل المقاييس، ولكن الحقيقية أنه لم يكن كذلك البتة، بل العكس هو الصحيح. ففي سنته الأولى في مدرسة St. Albans School، احتل هوكينج المركز الثالث من مؤخرة الترتيب. ولكن في نفس الوقت، كان لديه من الاهتمامات الأخرى ما ينبئ بشيء ما.

أحب ستيفن هوكينج الألعاب اللوحية Board Games، وصنع بمساعدة زملائه المقربين ألعابًا جديدة. وفي سنوات المراهقة، تمكن هوكينج من بناء حاسوب شخصي باستخدام أجزاء معادة التدوير. وكان الهدف الرئيسي من الحاسوب هو استخدامه في حل المعادلات الحسابية البسيطة.

في السابعة عشرة من عمره، التحق هوكينج -كأبويه- بجامعة أكسفورد. إذ أراد أن يدرس الرياضيات، ولكن في ذلك الوقت لم يكن هناك تخصص منفصل للرياضيات في أكسفورد. ولهذا اتجه الشاب الطموح إلى دراسة الفيزياء، وبالتحديد علم الكونيات.

تفوق هوكينج في دراسته وتخرج مع مرتبة الشرف ببكالوريوس في العلوم الطبيعية. ومن ثمَّ التحق بجامعة كامبريدج ليحصل على الدكتوراة في علم الكونيات. وفي ذلك الوقت، أي في عام 1968، أصبح ستيفن هوكينج واحدًا من أعضاء هيئة التدريس في قسم الفلك بجامعة كامبريدج. وكانت تلك الفترة مميزة بالنسبة لهوكينج وأبحاثه، بالإضافة لنشره أول كتاب له بعنوان “هيكل الزمكان واسع النطاق The Large Scale Structure of Space-Time”.

حياة ستيفن هوكينج الزوجية

في 1963، التقى هوكينج بطالبة اللغات، جين وايلد. وقعا في حب بعضهما وتزوجها هوكينج في 1965. حظي كلاهما بولد سمَّياه روبرت، وفتاة تدعى لوسي، وولد أخير اسمه تيموثي.

في 1990، توترت العلاقة بينهما وترك هوكينج زوجته من أجل إيلين ماسون، وهي إحدى الممرضات اللاتي كنَّ يعتنين به. وتزوجها في عام 1995، مما أضعف من علاقة ستيفن هوكينج بأولاده.

في 2003، اتهمت الممرضات الأخريات إيلين بأنها تستغل ستيفن هوكينج جسديًا، ولكنه نفى الأمر بنفسه عندما حققت الشرطة بالأمر. وفي 2006، تم الطلاق بينهما. تصالح هوكينج مع جين (زوجته الأولى) والتي تزوجت الآن، وكتب 5 روايات علمية مع ابنته المحبوبة لوسي.

قصته مع التصلب الجانبي الضموري ALS

إذا طلبت من أحدهم أن يتصور ستيفن هوكينج أو أن يصفه لك، ستجده يقول شيئًا مثل إنه ذلك العالم “المشلول” أو القعيد والذي يتحدث من خلال الشاشة الإلكترونية المتصلة بكرسيه المتحرك. ما آل بستيفن هوكينج إلى هذه الحالة كانت إصابته بمرض التصلب الضموري الجانبي ALS في عامه الواحد والعشرين. وهذا المرض -ببساطة شديدة- يصيب الأعصاب المتحكمة في العضلات، وبالتالي تشل جميع أطراف المريض به. تنبأ الأطباء أن يعيش ستيفن سنتين ونص فقط، ولكنه عاش أكثر من ذلك بالطبع!

بدأ هوكينج يشعر بأعراض المرض أثناء دراسته في أكسفورد، وتمثلت الأعراض في سقطات على الأرض، وتلعثم في الكلام، واختلال في الحركة. ولكن هوكينج لم يعط للأمر أهمية ولم يأخذ تلك الأعراض بجدية حتى عام 1963، وهو العام الأول لدراسته في كامبريدج.

حاول ستيفن أن يبقي الأمر سرًا بين طيات نفسه، ولكن سرعان ما اكتشف أبوه مصابه وعرضه على طبيب. بدأ ستيفن هوكينج يتلقى علاجه في المنزل، وأجريت عليه فحوصات بشكل دوري. شخص الطبيب ستيفن بأنه في المراحل الأولى من مرض التصلب الضموري الجانبي، وأُصيب صاحبنا وعائلته باليأس الشديد. ولكن سرعان ما تحول ستيفن إلى استيعابٍ وقبول بعدما شاهد حالة طفل مصاب بسرطان الدم، ليعلم أن مصابه أخف من غيره.

الجدير بالذكر أن الإصابة بهذا المرض جعلت هوكينج يهتم بدراسته. فقبل الإصابة، تشتت بالكثير من الأنشطة، ولكن بعد الإصابة لم يعد هناك الكثير لفعله كما قال ستيفن بنفسه.

ستيفن هوكينج والثقوب السوداء

في عام 1974، ساهمت أبحاث هوكينج المختصة بالثقوب السوداء -التي لا طالما ارتبطت سيرتها به- في شهرة صاحبنا في الأوساط العلمية بشكل كبير. غيَّر ستيفن وجهة نظر المجتمع العلمي بشأن ما كانوا يعتقدونه، وصُكَ مصطلح إشعاع هوكينج للمرة الأولى في تلك السنة.

بفضل اكتشافات هوكينج وإسهاماته في علوم الفضاء، حصل على زمالة الجمعية الملكية للعلوم Royal Society في الثانية والثلاثين من عمره. كما مُنح جائزة ألبرت أينشتاين وغيرها من الجوائز الأخرى المرموقة. وظهر هوكينج في العديد من الأعمال التلفزيونية ونشر من الكتب ما جعله، وكتبه، من الأشهر في تاريخ العلوم. وعلى الرغم من كل اكتشافاته وإسهاماته، لم يحصل على جائزة نوبل.

تنويه: هذا المقال جزءٌ من سلسلة تتناول سيرة “علماء فقدتهم نوبل”، وهدف السلسة هو التعريف بهؤلاء العلماء وحياتهم بشكل عام، وليس الهدف منه أن يتناول إسهاماتهم العلمية بشكل مفصل. إليكم مساق كامل عن الثقوب السوداء.

المصادر:

1. Britannica
2. Biography
3. Spastephen-hawkingce

اكتمال محاذاة التلسكوب جيمس ويب

أعلنت وكالة الفضاء الأمريكية ناسا عن اكتمال مرحلة محاذاة التلسكوب جيمس ويب. وذلك في تاريخ 28/4/2022. وذلك بعد فحص مجموعة من الصور تم التقاطها بواسطة الأدوات العلمية الأربعة للتلسكوب. فكان الناتج صورة جيدة التركيز والحدة، ويسمح هذا الإنجاز لفريق التلسكوب من الانتقال إلى المرحلة السابعة والأخيرة التي من المقرر لها أن تستمر لمدة شهرين. ومن المقرر انتهاء المرحلة الأخيرة في شهر يونيو المقبل.[1]

التلسكوب جيمس ويب JWST

التلسكوب جيمس ويب هو تلسكوب فضائي طور بشكل مباشر من قبل وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية ووكالة الفضاء الكندية. وتختصر وظيفة هذا التلسكوب بأنه خليفة التلسكوب هابل الفضائي في مهمة فلاجشيب. حيث يتفوق على التلسكوب هابل من حيث الدقة والحساسية. وقد شكل التلسكوب جيمس ويب نقلة نوعية في عالم الفضاء والفلك، حيث أنه تفوق على التلسكوبات التي سبقته من حيث دقة وحدّة التصوير.[1]

الأدوات العلمية المستخدمة في تلسكوب جيمس ويب

1. FGS/NIRISS: مستشعر التوجيه الدقيق ومصوّر الأشعة القريبة من تحت الحمراء. والمطياف اللاشقي ، وتكمن أهميته في تحقيق الاستقرار في خط رؤية المرصد خلال عملية الصرد. ويستخدم أيضاً في التحكم في الاتجاه العام للمركبة وقيادة مرآة التوجيه الدقيقة لتثبيت الصورة. وتتولى وكالة الفضاء الكندية قيادته.
2. NIRSpec: وهو مطياف بصري يستخدم من أجل قياس خواص الضوء في المجال القريب من الأشعة التحت حمراء. ويعد قياس الطيف على نفس نطاق الطول الموجي من وظائفه أيضاً. وقد صنع بواسطة وكالة الفضاء الأوروبية.
3. MIRI: هذه الأداة هي المسئولة عن قياس نطاق الطول الموجي من 5 إلى 27 مايكرومتر. وتحتوي هذه الأداة على كاميرا الأشعة تحت الحمراء. وقد تم تطوير هذه الأداة بواسطة ناسا وبالتعاون مع عدد من البلدان الأوروبية.
4. NIRCam: وهي كاميرا قريبة من الأشعة تحت الحمراء وتعمل على التصوير بالأشعة تحت الحمراء. وتستخدم NIRCam  كمستشعر واجهة الموجة وأنشطة التحكم. وقد تم صناعة هذه الأداة بواسطة فريق بقيادة جامعة أريزونا.

الصورة الناتجة عن اكتمال محاذاة التلسكوب هي لسحابة ماجلان الكبرى، فما هي هذه السحابة؟[2]

مجرة سحابة ماجلان الكبرى

تعد سحابة ماجلان الكبرى من المجرات القزمة. حيث يوجد بها ما يقارب الثلاثين مليار نجم، وتعد سحابة ماجلان الكبرى من المجرات القريبة من مجرة درب التبانة. حيث كان يعتقد في الماضي بأنها جزء من مجرتنا. ويكون شكل مجرة سحابة ماجلان الكبرى غير منتظم ويجدر الإشارة بانها سميت بسحابة ماجلان نسبة للمستكشف البرتغالي ماجلان.[2]

وفي النهاية نعلمكم بأننا سنكون في المتابعة لآخر مستجدات هذا التلسكوب. وسنقوم بنشر الآخر المعطيات الصادرة عنه.

تعد المادة المظلمة أحد أعقد ألغاز الكون, فلماذا حصلت على هذا اللقب؟ و ما علاقتها ببداية تشكل الكون؟

ما هي المادة المظلمة؟

يطلق على المادة المظلمة “The Dark Matter” العديد من المسميات الأخرى، مثل المادة المعتمة، أو المادة السوداء. وهي مادة فرضية تم إيجادها بشكل فرضي من قبل العلماء لتفسير جزء كبير من كتلة الكون. فقد تم الإستدلال عنها وعن خصائصها عن طريق دراسة آثار الجاذبية التي تظهر على المواد و العناصر المرئية في الكون، مثل الغبار الكوني، والسُدم، و غيرها. ووفقا ً لمعطيات فريق مرصد بلانك التابع لوكالة الفضاء الأوروبية “ESA” التي ظهرت في 21 مارس عام 2013. فإن المادة المظلمة تشكل ما نسبته 26.3% من مكونات الكون. و من الأسباب التي دفعت العلماء لوضع نظرية المادة المظلمة هو تفسير الكتلة الضخمة للكون. فبالنظر إلى كتلة الأجسام و المواد القابلة للرصد في الكون نجد أن كتلتها أقل بكثير من كتلة الكون الفعلية. فتم إسناد الفرق في الكتلة إلى المادة المظلمة. حيث أنها تشكل ما نسبته 84.5% من مجمل كتلة الكون، وذلك حسبما ورد عن فريق مرصد بلانك.

وتظهر في الصورة المرفقة توهج غاز موجود بالفضاء نتيجة لتأثره بقوة جاذبية كبيرة من عدد من المجرات و العناقيد المجرّية. و لكن عند حساب قوى الجاذبية الكلية المؤثرة عليها، فإننا نجد أنها تتجاوز المجموع النظري لكل مجرة على حدا. و بالتالي أسندت الجاذبية الزائدة إلى المادة المظلمة.

وقد صرح العلماء بأن المادة المظلمة تتكون بشكل أساسي من جسيمات دون ذرية غير محددة، ويجب الإشارة بأنه لا يمكن رصد المادة المظلمة بواسطة التلسكوبات، لأن المادة المظلمة لا تمتص و لا تبعث الضوء أو أي إشعاعات كهرومغناطيسية أخرى على أي مستوى هام. [1] [2]

المادة المظلمة، وبداية الكون.

في بدايات الكون الأولى بعد الانفجار العظيم، شكلت المادة المظلمة أحد اللبنات الأساسية في خلق الكون المعروف لنا حالياً. حيث أنها ساعدت في إضاءة النجوم الأولى منذ حوالي 20-100 مليون سنة بعد الانفجار العظيم. وذلك حسبما ورد عن العالم بيتر برجمان، والعالم ألكسندر كوسينكو من مجامعة كاليفورنيا، فقد أظهرا أن المادة المظلمة تحتوي على نيوترونات عقيمة. وإن هذه النيوترونات العقيمة عندما تضمحل تسرع من عملية خلق جزيئات الهيدروجين. و هذه العملية هي التي تساعد على إضاءة النجوم. وقد اتفق العلماء على أن النيوترونات العقيمة لها كتلة وقد تم معرفة ذلك من خلال قياس ذبذبات النيوترونات. وهذا ما قاد العلماء إلى افتراض وجود النيوترونات العقيمة موجودة داخل المادة المظلمة. حيث أن تلك النيوترونات لا تتفاعل بشكل مباشر، و لكنها تتفاعل من خلال خلطها مع النيوترونات العادية. وهذا ما يفسر ضخامة الكتلة المفقودة في الكون، و هذا ما أدى إلى ظهور فرضية المادة المظلمة بالتتابع.[1]

علماء افترضوا وجود المادة المظلمة.

اعتمد الكثير من العلماء على وجود المادة المظلمة في حساباتهم بشكل أساسي. فكان أول من افترض وجود المادة المظلمة كان عالم الفلك الهولندي “جان أورت-Jan Oort”. حيث استخدمها لحساب السرعات المدارية للنجوم في مجرة درب التبانة عام 1932. و بعدها استخدمها العالم الألماني “فريتز زفيكي-Fritz Zwicky” للحصول على تفسير مقبول للكتلة المفقودة المطلوبة نظرياً للسرعات المدارية للنجوم في المجرات. وقد استخدمت نظرية المادة المظلمة أيضاً من قبل العالمة الأمريكية “فيرا روبين-Vera Rubin” لحساب سرعة دوران المجرات حول نفسها. وعلى الرغم من اعتماد العلماء بشكل كبير على المادة المظلمة في الكثير من الحسابات الفلكية إلا أنه تم إيجاد العديد من الفرضيات الأخرى لتفسير الشذوذ الكبير والغير متوقع في حركة النجوم في المجرات بناءً على حسابات الجاذبية. مثل نظرية STVG والتي قام بصياغتها العالم “جون موفات-John Moffat” عام 2014 حيث استخدمت بنجاح في حسابات دوران المجرات حول نفسها، و أيضاً لتفسير ظاهرة عدسة الجاذبية.[1] [2]

المادة المظلمة، ونظرية بيرمان وكوسينكو.

جاءت نظرية بيرمان وكوسينكو مؤيدةً لنظرية المادة المظلمة. حيث تهتم نظرية بيرمان وكوسينكو بالظواهر الفلكية الغير مفسرة و منها المادة المظلمة.

حيث ينتج عن انفجار “مستعر أعظم-Supernova” شيءٌ يسمى بالبولسرات. وهي عبارة عن نجوم نيوترونية تدور بسرعة عالية جداً تصل أحيانا إلى مئات أو حتى آلاف الكيلومترات في الثانية الواحدة. مصدر هذه السرعات يبقى مجهولاً و لكن تتبع حركة البولسرات عن طريق النيوترونات العقيمة الموجودة في المادة المظلمة.[3] [1]

أنواع المادة المظلمة.

تنقسم المادة المظلمة إلى نوعين، المادة المظلمة الباريونية، و المادة المظلمة الغير باريونية.

المادة المظلمة الباريونية تشكل جزء صغير جدا من المادة المظلمة. حيث تتكون المادة المظلمة الباريونية من الباريونات فقط. وهي جزيئات ذرية مركبة عبارة عن جزيئات لا تحتوي على ذرة ثقيلة من البروتونات أو النيترونات أو مزيج من كليهما. توجد المادة المظلمة الباريونية في الأجسام فائقة الكثافة في الفضاء مثل الثقوب السوداء، والنجوم النيوترونية ،والأقزام البيضاء.

أما المادة المظلمة الغير باريونية فإنها تشكل الجزء الأكبر من المادة المظلمة الموجودة في الفضاء. ولا توجد الكثير من المعلومات عنها.[1]

المصادر

1. Wikipedia
2. NASA
3. THE NATURE OF LIGHT DARK MATTER

شهد مرصد «Siding Spring» في أستراليا في أكتوبر من عام 1986 اكتشاف كويكب «كرويثن 3753-Cruithne3753» على يد العالم «دانكن والدرن-J.Duncan Waldron»، وقد حصل العالم دانكن على شرف تسميته. أسماه “كرويثن” نسبة لاسم إحدى القبائل القديمة التي سكنت الجزر البريطانية، و ذلك بين العامين 800-500 قبل الميلاد.[1][2] ولكن ما حقيقة اعتبار كرويثن القمر الثاني لكوكب الأرض ؟

ما طبيعة كرويثن؟

يقع كويكب كرويثن ضمن حزام كويكبات آتن وهي مجموعة من الكويكبات القريبة من كوكب الأرض. وينتمي كرويثن إلى حزام الكويكبات والتي تدور كقرص نجمي بين كوكبي المريخ والمشتري. ويسمى هذا الحزام أيضا باسم حزام الكويكبات الرئيسي.

يبلغ طول قطر كويكب كرويثن حوالي 5 كيلو مترات، وبكتلة تصل إلى 130 تريليون كيلوغرام. ينضم كرويثن إلى ما يقارب 90 ألف كويكبٍ آخر مشابه له في مجموعتنا الشمسية. ويستغرق كرويثن سنة أرضية واحدة ليكمل دورة كاملة حول الشمس، ويستغرق حوالي 27.31 ساعة ليدور دورة كاملة حول نفسه. تبلغ درجة حرارة الكويكب كرويثن 273 كلفن والتي تقارب درجة صفر مئوية.

يطلق على كرويثن اسمين آخرين وهما «تي أو 1986-TO1986»، و«يو إتش 1983-UH1983». ويندرج كرويثن تحت تصنيف الكويكبات الصغيرة. ويتكون في الأساس من الصخور وبعض المعادن كما الحال في أغلب الكويكبات الأخرى.[2]

كرويثن القمر الثاني للأرض

في الماضي، ظل الغموض يلاحق كرويثن، حيث لم يتمكن العلماء وقت اكتشافه من معرفة الكثير من المعلومات عنه. وظل الوضع على حاله حتى عام 1997، حيث قام مجموعة من العلماء وهم «بول ويجرت-Paul Wiegert» و«كيم إينانين-Kim Innanen» و«سيبو ميكالو-Seppo Mecalo» بكشف بعضًا من تلك المعلومات المجهولة.

نشر الفريق ورقة بحثية في نفس العام تشرح مدار هذا الكويكب. و حينها اعتقد الجميع بأن الأرض تقع في مركز مدار هذا الكويكب أي أن الكويكب كرويثن يدور حول الأرض. عندها، شاع بين الأوساط العلمية والعامة بأن الكويكب كرويثن يمكن اعتباره القمر الثاني للأرض. وقد أيّد تلك الفرضية مجموعة من الحقائق، منها تشابه الكويكب كرويثن وكوكب الأرض بالمدة اللازمة لإكمال دورة كاملة حول الشمس وهي سنة أرضية واحدة. [1] [3]

هل كرويثن هو القمر الثاني للأرض حقًا؟

الإجابة على هذا السؤال حالياً هي لا. فبعد العديد من الدراسات والأبحاث التي أجريت على كرويثن، اكتشف العلماء بأن هذا الكويكب لا يدور حول الأرض، و إنما يفصل بين مداريهما زاوية مقدارها 19.8 درجة. لذلك، فمن المستحيل أن يحدث تصادم بين كوكب الأرض وكويكب كرويثن. وتبين أيضًا أنه عند رصد كرويثن من الأرض، يظهر مدار كرويثن على شكل حدوة حصان ويحتاج إلى 770 سنة لإكمال دورة شكلها حدوة حصان كاملة.

ومن الحقائق التي دحضت نظرية كرويثن كقمرٍ ثانٍ للأرض هي أن متوسط المسافة التي تفصل بين كوكب الأرض وكرويثن هي 12 مليون كيلومتر. في حين أن متوسط المسافة التي تفصل بين الأرض والقمر هي 380 كيلومتراً فقط.

ويعد لمعان كرويثن أضعف من لمعان كوكب بلوتو، حيث تحتاج إلى منظارٍ جيد لرؤيته على عكس القمر الفعلي لكوكب الأرض الذي نراه كل يوم في سمائنا. كل هذه الحقائق و غيرها حالت بين كرويثن 3753 وبين لقب القمر الثاني للأرض.[4]

وفي النهاية، يوجد في هذا الكون الفسيح العديد من الألغاز التي لم يتمكن العلم رغم ما وصل إليه من تطور كبيرٍ وملحوظ من إيجاد حلٍ لها.

المصادر

Signitzer.com [1]
Wikipedia.org [2]
Nature.com [3]
Springer.com [4]

يطلق مصطلح «التحليل الطيفي-Spectroscopy» على دراسة الأطياف الضوئية الناتجة عن إصدار المواد للضوء أو تفاعلها معه. ورغم استخدامه في مختلف العلوم والدراسات، إلا أن دوره في الفلك يكاد يكون جوهريًا. فهو أداة رئيسة يعتمد عليها الفلكيون لمعرفة مكونات النجوم والكواكب التي تبعد عنا مليارات السنوات. فكيف يمكن ذلك؟ [1]

لفهم آلية التحليل الطيفي، لا بد من التعرف على الطيف وبعض الفيزياء أولًا.

بدايةً، ما هو الطيف؟

من المحتمل أنك رأيت «طيفًا ضوئيًا-spectrum» ولو لمرة في حياتك، فظاهرة قوس قزح، أي تحلل ضوء الشمس إلى مكوناته اللونية المختلفة نتيجة مروره في قطرات المطر، هي شكل من أشكال الطيف. أما التعريف الدقيق له، فهو أي مخطط بياني أو غرافيكي يوضح مكونات الأشعة الضوئية بحسب تدرج طاقاتها. لذلك، يمكن القول أن ألوان قوس قزح المختلفة هي الطريقة التي يدرك فيها دماغنا اختلاف طاقات الضوء التي استقبلتها أعيننا. [1]
لكن ألوان قوس قزح (الضوء المرئي) لا تشكل سوى جزء صغير من مكونات الطيف الكهرطيسي. حيث أن للأشعة الكهرطيسية طيف واسع يغطي جميع طاقاتها، بدءًا من أمواج الراديو الأقل طاقة، مرورًا بالأمواج الميكروية، وتحت الحمراء، والضوء المرئي، وفوق البنفسجية، إلى الأشعة السينية وأشعة غاما عالية الطاقة. [2]
كما يوضح المخطط التالي الطيف الكهرطيسي:

الطيف المميز للمواد

يتفاعل كل عنصر في الجدول الدوري مع الضوء بشكلٍ مختلف، ويصدر في شكله الغازي ضوءًا مميزًا أيضًا. أي أن الطيف الضوئي المنبعث أو المنعكس عن الهيدروجين يختلف عن طيف النيتروجين وغيره من العناصر. لذلك، يمتلك كل عنصر بصمة لونية مختلفة يعود تفسيرها إلى «التأثير الكهرضوئي-Photoelectric effect». [1]

التأثير الكهرضوئي

توجد الإلكترونات في الذرة في «مستويات طاقية-Energy levels» محددة، ولا يمكنها الوجود خارجها. حيث توجد الإلكترونات الأعلى طاقةً في المدارات الأقرب إلى النواة، فيما تقل الطاقة بالابتعاد عنها. ولكي ينتقل إلكترون نزولًا إلى مدار أعلى طاقةً، يجب أن يزيد طاقته مقدارًا محددًا، يحصل عليه عن طريق امتصاص الضوء. والعكس صحيح، يصدر الإلكترون ضوءًا عند انتقاله إلى مستوى أخفض.
تختلف طاقة المستويات السابقة بحسب العنصر الكيميائي. وبالتالي، يمكن لكل عنصر أن يمتص طاقات محددة فقط من الضوء (ألوان)، أو يصدرها، بحسب اختلاف مستوياته الطاقية.
كما نميز نوعين من الأطياف لكل مادة، «طيف الامتصاص-Absorbtion spectrum»، و«طيف الانبعاث-Emission spectrum»: [1]

طيف الامتصاص

للحصول على طيف الامتصاص لعينة مادية ما، تُعرّض هذه العينة للضوء المنبعث من مصدر مستقل، ثم يُدرس الضوء المنعكس عن المادة ويحلل حسب أطواله الموجية. حيث تمثل الألوان الظاهرة في الطيف الأطوال الموجية التي لم تناسب طاقتها أيًا من مستويات الذرة، فلم تمتصها. أما الفراغات فتمثل الأطوال الموجية التي ناسبتها، فامتصتها الإلكترونات وانتقلت. [1]
كما يوضح المخطط التالي طيف الامتصاص لعناصر كيميائية مختلفة:

طيف الانبعاث

يُحصل على طيف الانبعاث لمادة ما بقياس الضوء المنبعث منها في حالتها الغازية. بحيث يصدر الغاز مرتفع درجة الحرارة ضوءًا أطواله الموجية تمثل الطاقة التي فقدتها إلكترونات المادة عند انتقالها إلى مستوى أخفض. [1]

آلية التحليل الطيفي، كيف نحصل على أطياف المواد؟

يعتمد التحليل الطيفي على أداة تسمى «المطياف-Spectrograph»، تقوم بتحليل طيف الضوء للمواد إلى أطواله الموجية المختلفة، بشكل مشابه للموشور الذي يفصل ضوء الشمس إلى ألوان الطيف.
عادةً ما يلجأ العلماء لتسجيل الطيف المميز لكل مادة، وينشؤون قاعدة بيانات بالأطياف المختلفة. كما يمكن الاعتماد لاحقًا على البيانات السابقة لمعرفة مكونات الأجسام البعيدة عن الأرض، كالنجوم مثلًا، عن طريق مقارنة طيف النجم مع الأطياف الموجودة. [1]

آلية عمل المطياف، أداة التحليل الطيفي

يمكن تمييز ثلاث مراحل أساسية لعمل المطياف:
أولًا، يمر الضوء القادم من التلسكوب عبر فتحة صغيرة في صفيحة معدنية، وذلك لعزل الضوء القادم من جسم فلكي محدد عن محيطه.
ثانيًا يمر الضوء في حجرة يرتد فيها عن حواجز شبكية محددة، تقوم بفصل الضوء إلى أطواله الموجية بطريقة مشابهة للموشور. 
ثالثًا، تقوم المستشعرات، كالمستخدمة في الكاميرات الرقمية، بتسجيل الأطوال الموجية السابقة وتشكيل الصورة النهائية ثنائية الأبعاد. [1]
فيما بعد، يمكن تحويل الصورة ثنائية الأبعاد إلى مخطط أحادي الأبعاد لتسهيل دراسته واستخلاص المعلومات. [3]

تطبيقات التحليل الطيفي

عادةً ما يستخدم التحليل الطيفي في الكيمياء التحليلة والفيزيائية لتحديد كميات المواد الموجودة في عينة ما. أما علم الفلك فيعتمد عليها بشكل أكبر لاسيما في تحديد صفات الأجسام الفلكية البعيدة. على سبيل المثال، تفيد دراسة «الخطوط الطيفية-Spectral lines» في التمثيل أحادي الأبعاد للضوء القادم من نجم ما في تحديد مكونات النجم، ودرجة حرارته، وكثافته، ومجاله المغناطيسي.
أما إذا انزاحت الخطوط ذهابًا وإيابًا في الصور المختلفة، أي انزاحت إلى الأحمر تارةً ثم الأزرق تارةً، يستنتج العلماء أن النجم يدور حول نجم آخر اعتمادًا على «تأثير دوبلر-Doppler effect». حيث ينص تأثير دوبلر على أن طيف الأجسام المبتعدة عنا ينزاح نحو الأحمر، فيما ينزاح نحو الأزرق عند اقترابها. كما يمكن التعرف على المواد المحيطة بالثقوب السوداء والنجوم النيوترونية، بما أنها تكون مرتفعة الحرارة وتصدر ضوءًا نتيجة سقوطها في النجم بسرعة. [2]
 
ففي حين تخبرنا صور المجرات عن شكلها، يخبرنا التحليل الطيفي عن ماهيتها.

المصادر:

1. Hubble Space Telescope
2. NASA
3. Swinburne university COSMOS

إن اضطرابات نسيج كوننا المتموجة، أو الأمواج الثقالية، أقرب إلينا مما قد تتوقع. ففي كل مرة تستقل فيها سيارتك وتسرع إلى عملك، أو تقلع بك الطائرة نحو وجهتك، فإنك –بطريقة ما- تجعل نسيج الكون يضطرب من حولك. ولا يتعلق الأمر بتكنولوجيا السيارات أو الطائرات الحديثة أو عملك حتى، بل بالفيزياء، كتلتك وتسارعك تحديدًا. فنظريًا، يقدر كل جسم متسارع على توليد أمواج جذبوية في نسيج المكان-الزمان لامتلاكه كتلة تؤثر فيه. إلا أن هكذا أمواج غير قابلة للرصد لضآلتها. بينما تنتج الأمواج المرصودة عن أحداث أكثر عنفًا، نجدها بعيدًا خارج مجموعتنا الشمسية. فما أهم مصادر وأنواع الأمواج الثقالية المرصودة؟

اتضح مؤخرًا أن كوننا مليء بأجسام تستطيع، بكتلها الهائلة وتسارعها الكبير، أن توّلد أمواجًا ثقالية قوية بما يكفي لنرصدها. ويتضمن ذلك أزواجًا من الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية تدور حول بعضها استعدادًا لالتحامها. إلى جانب نجوم ثقيلة تنفث رمقها الأخير في انفجارات المستعر الأعظم. وقد صنف علماء مرصد لايغو أنواع الأمواج الثقالية في أربع مجموعات اعتمادًا على مصدرها: مستمرة، لولبية ثنائية النظام، عشوائية، ومتفجرة. وتتسم كل مجموعة منها بخصائص مميزة ونمط معين من الإشارات المرصودة.

الأمواج الثقالية المستمرة

يعتقد العلماء أن «الأمواج الثقالية المستمرة- Continuous gravitational waves» تصدر عن جسم فلكي ثقيل يدور حول نفسه وحيدًا، مثل نجم نيوتروني. ويشترط وجود عيب في شكل هذا الجسم، كأن يكون غير كروي تمامًا، ليولد حوله أمواجًا ثقاليةً أثناء دورانه. فإذا بقيت سرعة دوران النجم حول نفسه ثابتةً، حافظت الأمواج الثقالية التي يصدرها على تردد وسعة ثابتين “باستمرار”، مثل مغنًّ يستمر بغناء نوطه وحيدة.

وقد حوّل باحثو مرصد لايغو موجة جاذبية مستمرة إلى مقطع صوتي قصير، كتوضيح لما كانت ستبدو عليه تلك الموجة لو أنها موجة صوتية:

الأمواج الثقالية اللولبية ثنائية النظام

 صنفت جميع الأمواج الثقالية المرصودة حتى الآن في مجموعة «الأمواج الثقالية اللولبية ثنائية النظام-Compact Binary Inspiral gravitational waves». تصدر هذه الأمواج عن أنظمة ثنائية من النجوم الكثيفة (الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية). حيث يدور فيها نجمان كثيفان حول بعضهما ويقتربان قبل أن يندمجا، مطلقين أمواجًا ثقاليةً. كما تصنف الأنظمة الثنائية السابقة في ثلاث مجموعات فرعية:

• نجمين نيوترونيين
• ثقبين أسودين
• ثنائي ثقب أسود-نجم نيوتروني    

وفي حين يولّد كل زوج سابق نمطًا مختلفًا من الأمواج الثقالية، تكون آلية التوليد ذاتها في المجموعات الثلاثة، وتسمى «الدوران اللولبي-Inspiral» (اقتراب جسم من جسم آخر أثناء الدوران حوله، فيرسم مسارًا أشبه باللولب).

يحدث الدوران اللولبي على مدى ملايين السنين عندما يدور زوجان من النجوم الكثيفة حول بعضهما. وأثناء ذلك، يصدر الثنائي أمواجًا ثقاليةً تحمل معها بعضًا من طاقة النظام المدارية، فيدوران أقرب فأقرب حول بعضهما. ثم نتيجةً لاقترابهما، تزداد سرعة دورانهما، فيصدران أمواجًا أقوى، ويخسران نتيجة ذلك طاقة مداريةً أكبر. وكلما اقتربا أكثر، يدوران أسرع، ويخسران طاقةً أكبر، فيقتربان مجددًا… وهكذا في رقصة كونية متسارعة لا مهرب منها.

يشبه الأمر إلى حد ما تلك الدورة السريعة التي يؤديها متزلجو الجليد. فلنتخيل أن ذراعي المتزلج المفرودتان هما نجمان نيوترونيان مثلًا، ولنعتبر أن جسد المتزلج هو قوة الجاذبية التي تضمهما معًا أثناء الدوران. الآن، عندما يقرّب المتزلج ذراعيه من جسده (عندما يدور النجمان أقرب فأقرب)، يدور المتزلج أسرع فأسرع. ولكن على عكس المتزلج، لا يمكن للنجوم النيوترونية أو الثقوب السوداء أن توقف رقصتها. فتستمر بإصدارها أمواجًا ثقاليةً واقترابها من بعضها دون توقف، إلى أن يصطدم الجسمان ويلتحمان معًا. 

أجهزة لايغو ونطاق الرصد

صممت أجهزة مرصد لايغو لرصد نطاق معين من ترددات الأمواج الثقالية، مثلما تكون الأذن البشرية حساسة لترددات صوتية معينة. أي أن لايغو لا يستطيع رصد أي ترددات جذبوية تقع خارج هذا النطاق (كأن تكون أعلى أو أخفض). ولكن بما أن النجمين يتسارعان باستمرار، سيصلان في لحظة ما إلى حد يصدران عنده أمواجًا قابلة للرصد. 

وغالباً ما تَصدر الترددات المرصودة فترةً وجيزةً. ويعتمد ذلك أساسًا على كتلتي الجسمين الدوارين. فالأجسام الثقيلة، كالثقوب السوداء، تجتاز نطاقها المرصود بسرعة ولا تلبث فيه طويلًا، على عكس الأجسام الأخف كالنجوم النيوترونية. مما يعني أن إشارات اندماج ثقبين أسودين تكون أقصر بكثير من إشارات اندماج نجمين نيوترونيين في مرصد لايغو. مثلًا، أصدر أول زوج من الثقوب السوداء المندمجة إشارة طولها 0.2 ثانية فقط. بينما أصدر أول زوج نيوتروني مندمج عام 2017 إشارة استمرت أكثر من 100 ثانية. 

يوضح الفيديو التالي ما ستبدو عليه موجة اندماج ثقبين أسودين لو أنها كانت موجة صوتية:

وهنا صوت اندماج نجمين نيوترونيين بنفس التقنية السابقة:

الأمواج الثقالية العشوائية

من الممكن أن تمر عدة أمواج ثقالية متباينة من الأرض في اللحظة ذاتها، فترصدها الأجهزة كإشارات مبهمة. لذلك يتوقع فلكيو لايغو مرور أمواج صغيرة في الوقت ذاته، واختلاطها سويةً بشكل عشوائي تمامًا، مشكلةً ما يعرف ب«الأمواج الثقالية العشوائية-Stochastic gravitational waves». تأتي مركبّات هذه الأمواج من كافة أنحاء الكون، وسميت بالعشوائية لأن إشاراتها ذات نمط عشوائي، يمكن للعلماء تحليله ودراسته، ولكن يصعب عليهم تحديد مصدره بدقة. كما يعد هذا النوع من أصغر أنواع الأمواج الثقالية وأصعبها رصدًا، ويعتقد العلماء أن جزءًا منه نتج عن الانفجار العظيم

الأمواج الثقالية المتفجرة

إن البحث عن «الأمواج الثقالية المتفجرة-Burst gravitational waves» أشبه بالبحث عن إبرة في كومة قش، دون أن تعرف ما هي الإبرة، ودون التأكد من وجودها هناك حتى. ذلك لأن لايغو لم يرصد أيًا منها حتى الآن، ولأننا لا نعلم عما نبحث! فعلى سبيل المثال، لا يفهم العلماء فيزياء بعض الأنظمة الفلكية بما يكفي ليتنبؤوا بنمط الأمواج الثقالية التي قد تصدرها.    

لا تزال هذه المهمة شبه مستحيلة، ولكنها كفيلة –إن تحققت- أن تكشف معلومات ثورية عن كوننا، فهي –بذلك- تستحق المحاولة!

المصادر

LIGO
LIGO

يتجاوز عنف بعض الأحداث الفلكية حدود المادة والطاقة، ليُحدث اضطرابات في نسيج الكون ذاته. فقد يتموج نسيج المكان-الزمان متأثرًا بحركة بعض الأجسام الثقيلة فيه، وتنتشر تموجاته في كافة الاتجاهات بعيدًا عن مصدرها. يمكن أن تنتقل هذه الاضطرابات الكونية بسرعة الضوء، حاملةً معها إشارات لمصدرها، وأسرار الجاذبية ذاتها. فما هي هذه الأمواج الثقالية؟

بدايةً، ما هو نسيج الكون؟

أقام الفيزيائي الألماني ألبرت أينشتاين نسبيته الخاصة على فرضين أساسيين. أولهما أن قوانين الفيزياء واحدة ثابتة في جميع الجمل المرجعية، وثانيهما أن سرعة الضوء ثابتة في الفراغ مهما تكن سرعة المصدر أو المرصد. وكنتيجة لذلك، وجد أينشتاين أن المكان، بأبعاده الثلاثة، والزمان يتشابكان في الكون. وأطلق على النماذج الرياضية التي تمثل هذا الارتباط اسم «نسيج المكان-الزمان-Space-time»، حيث تمثل الكون بأبعاده المكانية الثلاثة إلى جانب الزمن، البعد الرابع للكون.

ثم في عام 1916م، نشر أينشتاين نظرية النسبية العامة، والتي بين فيها أن الجاذبية خاصة من خواص نسيج الكون. فلنتخيل أنك وضعت كرة بولينغ في وسط ترامبولين، ستلاحظ تغير شكل الترامبولين حول الكرة. والآن لتدحرج كرة صغيرة باتجاه ذاك التقعر، عندها ستدور الكرة الصغيرة حول الكبيرة، لأن مسار الكرة الصغيرة مشوه حول الكبيرة.

وبطريقة مشابهة، تؤثر الكتل في نسيج المكان-الزمان وتغير من شكله في مكان وجودها. كما يمكن للكتل الكبيرة أن تشوهه. فتتغير مسارات الأجسام الأخرى قرب الكتل نتيجة هذا التشوه، ويظهر ما نعرفه بالجاذبية. [1]

عندما يضطرب نسيج أينشتاين

وقد أظهرت حسابات أينشتاين أنه إذا ما تحركت الأجسام الثقيلة هذه بسرعة كبيرة، وكنتيجة لتبدل تأثيرها في النسيج بسرعة، ستسبب تموجات في نسيج الكون، مشكلةً «الأمواج الثقالية-Gravtational waves».

كما تنتج الأمواج الثقالية القوية عن أحداث فلكية هائلة، كاندماج ثقبين أسودين، أو انفجار مستعر أعظم، أو اندماج نجمين نيوترونيين وما يسبقهما من دوران. أما الأمواج الأخرى فقد تنتج عن دوران نجم نيوتروني ذي شكل غير منتظم، أو من بقايا الانفجار العظيم. [2]

أدلة الأمواج الثقالية

رغم توقع أينشتاين وجود الأمواج الثقالية عام 1916م، رُصد أول دليل لها عام 1974م، أي بعد 20 عام على وفاته. حيث اكتشف فلكيان في «مرصد اريسيبو الراديوي-Arecibo Radio Observatory» نجمان نابضان يدوران حول بعضهما في نظام ثنائي. وبعد ثمان سنوات من رصد النجمين ودراسة مداريهما، تبين أنهما يقتربان من بعضهما بنفس المعدل الذي توقعته النسبية في حال إصدارهما أمواجًا ثقاليةً. ومنذ ذلك الوقت، درس الفلكيون عدة نجوم نابضة ووجدوا نتائج مشابهة، مؤكدين وجود الأمواج الثقالية. إلا أن جميع الأدلة السابقة أتت من استنتاجات رياضية بحتة أو بطرق غير مباشرة.[2]

مرصد لايغو للأمواج الثقالية

ثم في 14 أيلول/سبتمبر عام 2015، أي بعد حوالي قرن من توقع وجود الأمواج الثقالية، رصد مرصد «لايغو-LIGO» تموجات في نسيج المكان-الزمان ناتجة عن اندماج ثقبين أسودين. والذي اعتبر أول دليل مادي على وجودها، وأحد أعظم الاكتشافات العلمية حتى الآن.

لا تشكل الأمواج الثقالية أي خطر على الأرض والحياة البشرية. فرغم أن الأحداث الفلكية المسببة لها غايةٌ في العنف، لكنها تصل إلى الأرض أضعف بآلاف مليارات المرات مما هي عليه عند تولدها. فقد سببت موجة عام 2015 تبدلًا في نسيج المكان-الزمان أصغر بألف مرة من قطر نواة الذرة. [2]

وأخيرًا، قد نقول أن الكون، يكشف لنا في أمواجه الجذبوية عن ذاته وخصائصه، وربما أسراره.

المصادر
[1] Space
[2] LIGO observatory

ما هو تلسكوب جيمس ويب الفضائي؟

تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا، خليفة هابل القادم، هو مرصد فضائي يعمل بالأشعة تحت الحمراء. تم إطلاقه من موقع الإطلاق الخاص بوكالة الفضاء الأوروبية في كورو في غويانا الفرنسية. وذلك يوم 25 ديسمبر 2021 على الساعة 7:20 صباحًا بتوقيت شرق الولايات المتحدة على متن صاروخ «Arianespace Ariane 5».

يعتبر تلسكوب جيمس ويب الفضائي الذي تبلغ تكلفته 10 مليارات دولار، أكبر وأقوى تلسكوب لعلوم الفضاء تابع لوكالة ناسا. وسيهدف إلى سبر الكون لكشف تاريخ الكون من الانفجار العظيم إلى تكوين الكواكب الغريبة وما بعدها. إنه أحد المراصد الكبرى التابعة لوكالة ناسا، وهي أدوات فضائية ضخمة تشمل أمثال تلسكوب هابل الفضائي للتعمق في الكون.

سيستغرق تلسكوب جيمس ويب الفضائي حوالي 30 يومًا للسفر ما يقرب من مليون ميل (1.5 مليون كيلومتر) إلى موطنه الدائم المسمى «نقطة لاغرانج- Lagrange point» وهو موقع مستقر جاذبيًا في الفضاء. سوف يدور تلسكوب جيمس ويب الفضائي حول الشمس عند «نقطة لاغرانج الثانية- second Lagrange point (L2)». وهي بقعة في الفضاء بالقرب من الأرض تقع عكس الشمس؛ وقد كانت هذه البقعة مكانًا شهيرًا للعديد من التلسكوبات الفضائية الأخرى، بما في ذلك تلسكوب هيرشل الفضائي ومرصد بلانك الفضائي. سيسمح هذا المدار للتلسكوب بالبقاء على اتساق مع الأرض أثناء دورانها حول الشمس.

إن تلسكوب جيمس ويب الفضائي هو نتاج تعاون دولي مثير للإعجاب بين وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية «ESA» ووكالة الفضاء الكندية. ووفقًا لوكالة ناسا، فقد شاركت أكثر من 300 جامعة ومنظمة وشركة في 29 ولاية أمريكية و 14 دولة في إظهار تلكسوب جيمس ويب للنور. تقدّر المدة الافتراضية لتلسكوب جيمس ويب في الفضاء بخمس سنوات، ولكن الهدف الحقيقيّ هو 10 سنوات وفقًا لوكالة الفضاء الأوروبية.

سبب تسميته بجيمس ويب

سمي التلسكوب نسبة إلى جيمس إدوين ويب، المدير الثاني لناسا، المعروف برئاسة برنامج أبولو، أول برنامج فضائي يرسل البشر إلى القمر. كما لعب دورًا أساسيًا في برنامجي الفضاء المزودين بطاقم الذين عقبا أبولو، «عطارد والجوزاء- Mercury and Gemini». توفي ويب في عام 1992، عن عمر يناهز 85 عامًا، وترك وراءه إرثًا هائلاً يستحق تلسكوبًا يسمى باسمه.

لم يطلق اسم جيمس ويب على التلسكوب في البداية. فقد بدأ التلسكوب حياته باسم «تلسكوب الفضاء من الجيل التالي-Next Generation Space Telescope» وهو ما لم يكن الاسم الأكثر إبداعًا الذي سمعناه على الإطلاق.

مكونات التلسكوب الأساسية

في هذا الرابط نستطيع أن نرى صورة مفصلة لمكونات التلسكوب.

1. المرآة الذهبية: يبلغ عرض المرآة الأساسية ستة أمتار ونصف (6.5m)، مما يجعل ويب أكبر تلسكوب فضائي تم بناؤه على الإطلاق. تتكون المرآة من 18 قطعة بريليوم سداسية مطلية بالذهب يمكن تعديلها بشكل فردي.
2. الواقي الشمسي: لحماية نفسه من حرارة الشمس، يمتلك ويب واقيًا شمسيًا بحجم ملعب تنس. تحتوي إحدى أدواته أيضًا على نظام تبريد لإبقائه باردًا، وذلك لأن حرارة الشمس وحرارة أدوات ويب الخاصة ستتداخل مع ملاحظات التلسكوب.
3. جهاز إرسال لاسلكي عالي التردد: ستستقبل الهوائيات الراديوية الكبيرة المنتشرة في جميع أنحاء العالم إشارات جهاز إرسال ويب. ثم ستحيلها إلى مركز ويب للعلوم والعمليات في معهد علوم تلسكوب الفضاء في بالتيمور، الولايات المتحدة الأمريكية.
4. الأدوات: «التصوير بالأشعة تحت الحمراء القريبة والمطياف غير الشقِّي- Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS)». و«أداة منتصف الأشعة تحت الحمراء- Mid-Infrared Instrument (MIRI)». و«كاميرا الأشعة تحت الحمراء قريبة- Near-Infrared Camera (NIRCam)». و«مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة- Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec)».

ماذا سيفعل التلسكوب بعد إطلاقه؟

لفترة طويلة، كان كل الاهتمام منصبًا على إطلاق التلسكوب. ولكن بعد إطلاقه الآن، يمكننا النظر إلى الشكل الذي سيبدو عليه جدوله الزمني. لحسن الحظ، قدمت وكالة ناسا تفصيلاً كاملاً للجدول الزمني الرسمي للتلسكوب. ففي الشهر الأول، سيبدأ التلسكوب في نشر العديد من مكوناته. في هذه المرحلة، سيبرد التلسكوب ومعه الأدوات بسرعة بفضل حاجب الشمس، لكن الأمر سيستغرق أسابيعا حتى يبرد إلى درجات حرارة مستقرة. خلال هذه المرحلة، سيتم نشر المرايا وإجراء الاختبارات للتأكد من تحركها.

في الشهرين التاليين لذلك، سيباشر القمر الصناعي اختباراته. سيتم باستخدام مستشعر التوجيه الدقيق، توجيه التلسكوب إلى نجمة ساطعة لإثبات قدرته على تعقب الأهداف واستهدافها. بعد ذلك، ستشرع العملية الطويلة لمحاذاة بصريات التلسكوب. سيلحق ذلك إجراء المعايرة على جميع أوضاع التشغيل المختلفة للأداة العلمية. أثناء هذه المرحلة، ستبدأ عمليات الرصد لتتبع الأهداف المتحركة مثل الكويكبات والمذنبات والأقمار والكواكب في نظامنا الشمسي. ومن هذه النقطة فصاعدًا، سيباشر التلسكوب مهمته العلمية، وإجراء مهام علمية روتينية وإبلاغ المعلومات.

مهمة تلسكوب جيمس ويب العلمية

مهمة جيمس ويب العلمية مقسمة إلى أربعة جوانب:

أول ضوء وإعادة التأين

يشير هذا إلى المراحل الأولى للكون بعد أن بدأ الانفجار العظيم الكون كما نعرفه اليوم. في المراحل الأولى بعد الانفجار العظيم، كان الكون عبارة عن بحر من الجسيمات (مثل الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات)، ولم يكن الضوء مرئيًا حتى برد الكون بما يكفي لبدء اندماج الجسيمات. أمرٌ آخر سيدرسه التلسكوب وهو ما حدث بعد تشكل النجوم الأولى؛ يُطلق على هذا العصر اسم «حقبة إعادة التأين- the epoch of reionization». لأنه يشير إلى الوقت الذي تمت فيه إعادة تأين الهيدروجين المحايد (الذي أصبح له شحنة كهربائية مرة أخرى) بواسطة إشعاع من هذه النجوم الأولى.

تجمع المجرات

يعد النظر إلى المجرات طريقة مفيدة لمعرفة كيفية تنظيم المادة على مقاييس عملاقة، وهذا بدوره يعطينا تلميحات حول كيفية تطور الكون. إنّ المجرات الحلزونية والإهليلجية التي نراها اليوم، تطورت في الواقع من أشكال مختلفة على مدى مليارات السنين. وأحد أهداف التلسكوب هو النظر إلى أقدم المجرات لفهم هذا التطور بشكل أفضل. يحاول العلماء أيضًا معرفة كيف حصلنا على مجموعة متنوعة من المجرات المرئية اليوم، والطرق الحالية التي تتشكل بها المجرات وتتجمع.

ولادة النجوم وأنظمة الكواكب الأولية

تعتبر «أعمدة الخلق-Pillars of Creation» لسديم النسر من أشهر أماكن ولادة النجوم. تتكون النجوم في غيوم من الغاز، ومع نمو النجوم فإن ضغط الإشعاع الذي تمارسه يزيل الغاز الشرنقي الذي يحيط بها (الذي يمكن استخدامه مرة أخرى من قبل نجوم الأخرى، إن لم يكن منتشرًا على نطاق واسع.) ومع ذلك، من الصعب رؤية ما بداخل الغاز. ستكون عيون الأشعة تحت الحمراء للتلسكوب قادرة على النظر إلى مصادر الحرارة، بما في ذلك النجوم التي تولد في هذه الشرانق.

الكواكب وأصل الحياة

شهد العقد الماضي اكتشاف أعداد هائلة من الكواكب الخارجية باستخدام عدة وسائل بما في ذلك استخدام تلسكوب كبلر الفضائي التابع لناسا والباحث عن الكواكب. ستكون مستشعرات تلسكوب جيمس ويب القوية قادرة على النظر إلى هذه الكواكب بعمق أكبر، بما في ذلك (في بعض الحالات) تصوير غلافها الجوي. يمكن أن يساعد فهم الغلاف الجوي وظروف تكوين الكواكب العلماء على التنبؤ بشكل أفضل بما إذا كانت بعض الكواكب صالحة للسكن أم لا.

الفرق بين هابل وويب

1. حجم التلسكوب: إن حجم تلسكوب هابل مقارب لحجم حافلة مدرسية، بينما يقارب تلسكوب جيمس ويب حجم ملعب التنس بسبب حاجب الشمس الكبير.
2. حجم المرآة: يمتلك هابل مرآة واحدة بعرض 2.4 متر، بينما يمتلك ويب 18 قطعة مرآة سداسية بعرض إجمالي يبلغ 6.5 من الأمتار.
3. الضوء المرصود: يرصد هابل الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء القريبة، بينما يرصد ويب الأشعة تحت الحمراء القريبة والمتوسطة.
4. الموقع: يقع هابل في مدار أرضي منخفض، على ارتفاع 547 كم، بينما يقع ويب على مسافة 1.5 مليون كيلومتر من الأرض.
5. اعمال صيانة: نظرًا لموقعه، يمكن إصلاح هابل وتحديثه أثناء وجوده في المدار. اشتهر رواد الفضاء بتصحيح مرآة هابل في عام 1993 باستخدام «Canadarm»، الذراع الروبوتية الكندية على متن مكوك الفضاء الأمريكي. لكن ويب سيكون بعيدًا جدًا عن الأرض من أجل إصلاحه، وهذا هو سبب خضوعه لاختبارات غير مسبوقة.
6. عمر المهمة: تم إطلاق هابل في عام 1990 وسيظل في الخدمة طالما أن أجهزته تعمل. أما العمر المتوقع لويب فالحد الأدنى له هو 5 سنوات، ولكنه قد يتجاوز 10 سنوات، حسب المدة التي سيستمر فيها إندفاعه الذاتي (اللازم للحفاظ على استقرار ويب في مداره).

المصادر:

1. space.com
2. science focus
3. stsci
4. canadian space agency
5. canadian space agency

يعد عالم الفضاء الأمريكي، إدوين هابل، أحد أهم رواد الفضاء في القرن العشرين، بل وأحد أهم رواد الفضاء في التاريخ. أفكاره الثورية قلبت موازين علم الفضاء، وتليسكوبه الخاص -تليسكوب هابل- غير منظورنا عن الفضاء الخارجي لما اكتشفه عن توسع الكون والمجرات الأخرى التي تخطت حدود درب التبانة.

طفولة حيوية

في 20 نوفمبر عام 1889، وفي بلدة مارشفيلد بولاية ميزوري الأمريكية، وُلدَ طفل صغير مولع بقراءة روايات الخيال العلمي. طفل أحب كتب الروائي الفرنسي، جول فيرن، وبالتحديد روايته الشهيرة، 20 ألف فرسخ تحت الماء. هذا الطفل يدعى إدوين هابل.

كان هابل أخًا لسبعة آخرين، وفي عام 1898، أي بعمر 10 سنوات، انتقل هو وعائلته الكبيرة إلى مدينة شيكاغو بولاية إلينوي. وفي شيكاغو، ارتاد هابل أحد المدارس الثانوية هناك وتفوق في الرياضة وحطم رقمًا قياسيًا هناك كأعلى قفزة في المدرسة كُلها. بل وأصبح مدربًا لفريق كرة السلة هناك.

شاب رياضي يحب روايات الخيال العلمي ومولع بالفضاء. مؤشرات توحي بمستقبل باهر، كله حيوية ودأب مستمر.

بعد مرور 8 سنوات على ارتداده للمدرسة الثانوية، تلقى هابل منحة لدخول جامعة شيكاغو عام 1906. قبل هابل المنحة وعمل كأستاذ مساعد في أحد المعامل هناك تحت إشراف الدكتور Robert Millikan، والذي حصل على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1923.

قضى هابل 4 سنوات في الجامعة وتخرج عام 1910. بعدها، ترك العالم الشاب مدينة شيكاغو بأكملها وذهب ليلتحق بجامعة أوكسفورد ليدرس الفلسفة. نعم، الفلسفة. وبالفعل، حصل إدوين هابل على درجة البكالوريوس في علم فلسفة التشريع بعد ثلاثة سنوات من دراسته في أوكسفورد وفي نفس الوقت الذي توفي فيه والده، جون هابل. [1]

اكتشاف هابل الأعظم

بعد رحلة طويلة مع الدراسة، عمل إدوين هابل كأستاذ جامعي بولاية إنديانا، ليعود بعدها إلى جامعة شيكاغو، ولكن هذه المرة ليدرس المجال الذي سيبرع فيه، علم الفلك. وبالفعل، درس علم الفلك ولم يلبث أن عينه مرصد ماونت ويلسون في كاليفورنيا كباحث لاستكمال بناء تيلسكوب هوكر Hooker الشهير هناك. الجدير بالذكر أن إدوين هابل حصل على درجة الدكتوراه في علم الفلك والتحق بالجيش الأمريكي ليعمل معهم على مهمة ما في الحرب العالمية الأولى قبل أن يقبل منصبه الجديد في مرصد ماونت ويلسون.

خلال فترة عمله هناك، خرج لنا هابل بواحدة من أهم اكتشافاته بعد أن أثبت لنا -من خلال تليسكوب هوكر- أن هناك مجرات أخرى غير مجرتنا، درب التبانة. استطاع هابل الوصول إلى هذا الاكتشاف من خلال دراسته للأطوال الموجية للنجوم ومقارنة درجات اللمعان المتفاوتة بينهم. وقتها، لم نكن نعلم شيئًا عن حجم مجرة درب التبانة أو حتى ما يحيط بها، ولكن العالم العبقري تمكن من خلال أبحاثه أن يحسب المسافة بين مجرتنا وسديم أندروميدا (قبل أن تُعرف بمجرة أندروميدا) وقدرها بحوالي 900 ألف سنة ضوئية. تلك المسافة، على الرغم من عدم دقتها وكون المسافة الصحيحة هي 2.48 مليون سنة ضوئية، إلا أنها كانت السبب في الاستنتاج الآتي: سديم أندروميدا ليس مجرد سديم، ولكنه مجرة كاملة.

في منتصف عشرينيات القرن الماضي، عمل هابل على بحث جديد بمساعدة رائد الفضاء ميلتون هيوماسون. ارتكز البحث على المسافة بين المجرات، وبالتحديد على العلاقة بينها وبين الأرض. نشر العالمان ذلك البحث عام 1929 والذي أحدث ثورة بدوره عندما تحدث عن الانزياح الأحمر Red Shift والذي علمنا منه أن المجرات تبتعد عنا. [2]

تليسكوب هابل

الغلاف الجوي للأرض هو بمثابة اللعنة أو الحاجز الوحيد أمام علماء الفلك واستكشافاتهم الكامنة وراءه. وللتغلب على هذا الحاجز، تم اقتراح فكرة إرسال التليسكوبات إلى الفضاء، حتى قبل إرسال الأقمار الصناعية. أحد رواد تلك الفكرة، كان العالم الألماني هيرمان أوبيرت، حيث اقترح الفكرة عام 1923 في كتابه الذي حمل اسم “Die Rakete zu den Planeträumen”.

توالت الأفكار والاختراعات إلى أن بدأت ناسا بتوحيد جهودها مع وكالة الفضاء الأوروبية ليقدما لنا تليسكوبًا بطول 3 متر. بدأ تمويل المشروع في عام 1977. وتم الاتفاق على إطلاق اسم العالم العظيم إدوين هابل عليه بسبب إسهاماته الثورية خصوصًا في اكتشاف توسع الكون في العشرينات. [3]

إرث مشرف

استمر إدوين في العمل على أبحاثه بمرصد ماونت ويلسون جنبًا إلى جنب مع مرصد بالومر في كاليفورنيا حتى وفاته في سبتمبر عام 1953. توفي إدوين هابل إثر إصابته بسكتة دماغية عن عمر ناهز 63 عامًا.

إسهامات هابل في مجال الفضاء ثورية بحق. إسهامات أدت إلى مساعدة من خلفه من العلماء على معرفة الكثير والكثير عن كوننا الفسيح.

حصل هابل على الكثير من الجوائز مثل وسام الاستحقاق عام 1946، ووسام فرانكلين في الفيزياء، ووسام بروس، والميدالية الذهبية من الجمعية الفلكية الملكية تقديرًا لريادته في الفيزياء الكلاسيكية. أطلقت ناسا اسمه على التليسكوب الأشهر كما ذكرنا، بالإضافة إلى الكثير من الأشياء الأخرى. لم ينقص إدوين هابل سوى جائزة نوبل، ومن يدري، فربما كانت “لتظفر به” إذا عاش لوقت أطول قليلًا! [1]

المصادر

1- Biography

2- NASA

3- Space