المجرات والكون
هل الكون يتمدد؟ وأين مركزه؟
الجواب باختصار
نعم، الكون يتمدد، فالمجرات البعيدة تبتعد عنا، وكلما كانت أبعد كانت أسرع، وهذا ما يسمى قانون هابل–لوميتر. ليس لهذا التمدد مركز، لأن الفضاء نفسه يتمدد في كل مكان، فيرى كل راصد في أي مجرة المجرات الأخرى تبتعد عنه.
نعم، والدليل في ضوء المجرات
حين يحلل الفلكيون ضوء مجرة بعيدة، يجدون خطوط طيفها منزاحة نحو اللون الأحمر، ومعنى ذلك أن المجرة تبتعد عنا. هذا ما وجده العلماء في المجرات البعيدة كلها تقريباً، في كل اتجاه من السماء.
الأهم من ذلك أن المجرة الأبعد تبتعد أسرع، فمجرة على ضعف المسافة تبتعد بضعف السرعة تقريباً، وهذه العلاقة البسيطة بين المسافة والسرعة هي علامة كون يتمدد كله.
قانون هابل–لوميتر
في سنة 1927 نشر العالم البلجيكي جورج لوميتر (Georges Lemaître) بحثاً بالفرنسية استنتج فيه من معادلات النسبية العامة أن الكون يتمدد، واستخرج العلاقة بين المسافة والسرعة. في سنة 1929 نشر الفلكي الأمريكي إدوين هابل (Edwin Hubble) أرصاده لمجرات بعيدة، تُظهر هذه العلاقة نفسها.
ظلت العلاقة قرابة تسعين سنة تسمى «قانون هابل»، ثم صوّت أعضاء الاتحاد الفلكي الدولي في أكتوبر 2018 على تسميتها قانون هابل–لوميتر، تقديراً لدور الرجلين معاً.
تجد ما يترتب على هذا التمدد، أي أن الكون كان في الماضي حاراً كثيفاً، في سؤال ما نظرية الانفجار العظيم؟
مثال الكعكة والزبيب
تخيّل عجينة كعكة فيها حبات زبيب، وضعتها في الفرن فانتفخت:
- كل حبة زبيب تبتعد عن جاراتها، مع أن الحبات نفسها لا تتحرك داخل العجين، فالعجين هو الذي يتمدد.
- لو كنت على أي حبة، لرأيت الحبات الأخرى كلها تبتعد عنك.
- الحبة البعيدة عنك تبتعد أسرع من القريبة، لأن بينكما عجيناً أكثر يتمدد.
العجين هنا هو الفضاء، والزبيب هو المجرات. الحبات نفسها لا تنتفخ، وكذلك المجرات: فالجاذبية تمسك نجومها معاً، فلا تتمدد المجرة ولا المجموعة الشمسية ولا الأرض. لا يظهر أثر التمدد إلا في المسافات الهائلة بين مجموعات المجرات.
أين مركز الكون؟
هذا أكثر سؤال يحيّر الناس، والجواب: ليس للتمدد مركز. يقول العالم جون ماذر في صفحة ناسا إنه لا توجد «نقطة يتمدد الكون مبتعداً عنها».
لنرجع إلى الكعكة: إن كانت كبيرة جداً بلا حواف، فلا توجد حبة واحدة يمكن أن تسميها «المركز». كل حبة ترى المشهد نفسه: الجميع يبتعد عنها. هكذا نحن: نرى المجرات تبتعد عنا في كل اتجاه، لا لأننا في المركز، بل لأن أي راصد في أي مجرة سيرى الشيء نفسه.
يمكن أن تتخيل أيضاً سطح بالون تُرسم عليه نقاط ثم يُنفخ، فالنقاط كلها تتباعد، ولا توجد على السطح نقطة هي المركز. فالانفجار العظيم لم يحدث في مكان واحد ثم انتشر في فضاء فارغ، بل حدث في كل مكان في الوقت نفسه.
كم سرعة التمدد؟ مشكلة «توتر هابل»
يقيس العلماء سرعة التمدد برقم اسمه ثابت هابل، ووحدته «كيلومتر في الثانية لكل ميغا فرسخ فلكي». الميغا فرسخ نحو 3.26 مليون سنة ضوئية. فإن كان الثابت 70 مثلاً، فالمجرة التي تبعد عنا ميغا فرسخ واحداً تبتعد بنحو 70 كيلومتراً في الثانية، والتي تبعد ميغا فرسخين تبتعد بنحو 140، وهكذا.
لكن هناك مشكلة، فطريقتان دقيقتان تعطيان رقمين مختلفين:
| الطريقة | ما الذي تقيسه؟ | ثابت هابل |
|---|---|---|
| الكون المبكر | إشعاع الخلفية الكونية مع النموذج القياسي لعلم الكون | نحو 67–68 |
| الكون القريب | مسافات مجرات قريبة بنجوم متغيرة ومستعرات عظمى | بين 70 و76، بمتوسط نحو 73 |
الفرق بين الرقمين يبدو صغيراً، لكنه بحسب فريق جامعة جونز هوبكنز أكبر من أن يُفسَّر بأخطاء القياس. وقد أكدت أرصاد تلسكوب جيمس ويب سنة 2024 قياسات تلسكوب هابل، فصار من غير المرجح أن يكون الخطأ في هابل. يسمي العلماء هذا الخلاف توتر هابل.
فما السبب؟ لا أحد يعرف بعد، فقد يكون خطأً خفياً لم يُكتشف في إحدى الطريقتين، وقد يكون علامة على فيزياء جديدة لم نفهمها، لها صلة ربما بالطاقة المظلمة. تجد قصة الطاقة المظلمة وتسارع التمدد في سؤال ما المادة المظلمة والطاقة المظلمة؟
ما المؤكد وما المفتوح؟
- مؤكد بالرصد: الكون يتمدد، والمجرات البعيدة تتباعد، والأبعد أسرع.
- مؤكد بالرصد: التمدد يتسارع في عصرنا، ولا يتباطأ كما كان متوقعاً.
- مفتوح: القيمة الدقيقة لسرعة التمدد، وسبب الخلاف بين 67 و73.
ماذا ترى بعينك؟
لا تستطيع أن ترى تمدد الكون بعينك، لكنك ترى مثالاً على حدوده، ففي أمسيات الخريف ابحث عن مجرة المرأة المسلسلة، باتباع درس كيف تجدها بعينك. فهي من المجرات القليلة التي تقترب منا لا تبتعد، لأن الجاذبية بين المجرتين أقوى من أثر التمدد في هذه المسافة القصيرة نسبياً. تجد قصتها في سؤال هل ستصطدم مجرة المرأة المسلسلة بمجرتنا؟
أسئلة قريبة
هل تتمدد الأرض أو المجموعة الشمسية مع الكون؟
لا، فالجاذبية تمسك الأرض والشمس معاً، وتمسك نجوم المجرة كذلك، فلا يغيّر التمدد المسافات داخلها، ولا يظهر أثر التمدد إلا في المسافات الهائلة بين مجموعات المجرات.
ما الانزياح الأحمر؟
حين تبتعد عنا مجرة، يتمدد ضوؤها في الطريق فتطول موجاته، فتنزاح خطوط طيفه نحو اللون الأحمر، ومن مقدار هذا الانزياح يعرف الفلكيون سرعة ابتعاد المجرة.
هل تبتعد عنا كل المجرات؟
لا، فالمجرات القريبة المرتبطة بنا بالجاذبية لا تتبع التمدد، ومنها مجرة المرأة المسلسلة التي تقترب منا. أما المجرات البعيدة فتبتعد كلها تقريباً.
كيف سينتهي الكون؟
لا يعرف أحد على وجه اليقين. لكن تمدد الكون يتسارع، ويرجح العلماء أن السبب ما يسمونه الطاقة المظلمة، لذلك تقول ناسا إن الأرجح عند علماء الكون أن يستمر في التمدد بلا نهاية، مع أن الأبحاث الجديدة قد تغير هذه الصورة.