أول صورة لـ “الشبكة الكونية”كشف الطرق السريعة المخفية في الكون
الفضاء ليس خاليًا على الإطلاق. إنه مُحاط بخيوط من المادة رقيقة جدًا لدرجة أن أفضل التلسكوبات تعجز عن رؤيتها. يُطلق علماء الفلك على هذه الشبكة الواسعة اسم “الشبكة الكونية”. إنها الهيكل الخفي الذي يُرسي المجرات ويوجه نموها.حتى وقت قريب، كانت خيوط الشبكة العنكبوتية الدقيقة موجودة فقط في نماذج حاسوبية وتخمينات مدروسة. أما الآن، فقد أظهرت ملاحظة جديدة أحد هذه الخيوط خارج إطار النظرية، ووضعته موضع النظر.
جاءت هذه المشاهدة من رقعة سماوية يحترق فيها نجمان قديمان على بُعد أكثر من 11 مليار سنة ضوئية. يُضيء سطوعهما جسرًا خافتًا من الهيدروجين يمتد بينهما.
تطلب اكتشاف الجسر مئات الساعات من استخدام التلسكوبات والأجهزة المصممة لعلم الفلك الاستقصائي.
ضوء جديد على الشبكة الكونية
وقد تعاون فريق دولي بقيادة جامعة ميلانو بيكوكا مع معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية للتركيز على تلك الكوازارات التوأم.
تحتوي كل مجرة على ثقب أسود جائع، وكلاهما يقعان في عصر كان عمر الكون فيه حوالي 2 مليار سنة.
تمكن الباحثون من رصد الشريط الرفيع الذي يربط بين المجرات، وتتبعوه عبر مسافة تصل إلى نحو 3 ملايين سنة ضوئية.
وقد اعتمدوا على جهاز المستكشف الطيفي متعدد الوحدات، أو MUSE ، المثبت على التلسكوب الكبير جداً ( VLT ) التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي في تشيلي.
يقوم MUSE بجمع الأطياف لكل بكسل في مجال رؤيته، مما يسمح لعلماء الفلك بفصل انبعاث الهيدروجين الضعيف للخيوط عن الضوضاء الخلفية.
ربط المجرات الصغيرة معًا
لأن الضوء يستغرق وقتًا للسفر، تُصوّر الصورة الكون في شبابه. يُظهر هذا الخيط الخافت غازًا يتدفق على طول طريق جاذبي باتجاه أطراف المجرات، المعروف بالوسط المحيط بالمجرات .
هذا التدفق هو المادة الخام للنجوم المستقبلية. ورؤيته مباشرةً تؤكد تنبؤًا رئيسيًا فيما يُسمى بنظريات المادة المظلمة الباردة: تنمو المجرات عن طريق امتصاص الغاز على طول قمعات تشبه الشبكة بدلًا من ابتلاعها في سحب معزولة.
وتتنبأ المادة المظلمة الباردة أيضًا بأن حوالي 85 بالمائة من مادة الكون غير مرئية للتلسكوبات العادية.
ويمنح هذا الخيط العلماء طريقة جديدة للتعامل مع تلك الكتلة غير المرئية لأن سطوعها يعتمد على كثافة المادة المظلمة المحيطة بها.
يؤدي مطابقة الملاحظات مع النماذج إلى زيادة تقديرات كمية الغاز العادي التي يحتجزها المكون المظلم.
تجهيز الأدوات باستخدام MUSE
يقول ديفيد تورنوتي ، طالب الدكتوراه في جامعة ميلانو بيكوكا وقائد هذه الدراسة: “من خلال التقاط الضوء الخافت المنبعث من هذا الخيط، والذي سافر لمدة تقل قليلاً عن 12 مليار سنة للوصول إلى الأرض، تمكنا من تحديد شكله بدقة”.
“للمرة الأولى، تمكنا من تتبع الحدود بين الغاز الموجود في المجرات والمادة الموجودة داخل الشبكة الكونية من خلال القياسات المباشرة.”
دفعت الدراسة جهاز MUSE إلى أقصى حدوده. فعلى مدار عدة مواسم رصد، جمع الجهاز بيانات لأكثر من 100 ساعة على نفس السطح السماوي.
وقد أنتجت تلك النظرة الطويلة صورة حادة لدرجة أن الفريق تمكن من رسم خريطة لاختلافات السطوع على طول الخيط ومقارنتها بكسل بكسل مع توقعات الكمبيوتر العملاق.
من المحاكاة إلى السماء
اعتبرت هذه المحاكاة، التي أُجريت في معهد ماكس بلانك، الجاذبية بمثابة المهندس الذي يجمع المادة المظلمة في سقالة لا نهاية لها. ثم يركب الغاز العادي السقالة كضباب الصباح المتراكم في الوديان.
وعندما قام الباحثون بوضع الخيط الاصطناعي فوق الخيط المرصود، كان الاتفاق مذهلاً.
تتناغم التفاصيل الدقيقة في التوهج مع العقد في النموذج، مما يشير إلى أن أجهزة الكمبيوتر قد التقطت تصميم الطبيعة بدقة مثيرة للإعجاب.
تُقدم هذه المناورة أيضًا اختبارًا واقعيًا للنظريات التي تُعدّل سلوك المادة المظلمة. يجب على أي نموذج بديل الآن إعادة إنتاج نفس سطوع وكثافة الخيوط دون كسر الشبكة الأوسع.
وبهذه الطريقة، يصبح الخيط المفرد الذي يتم رصده بدقة عالية معيارًا حاسمًا للبنية الكونية.
كيف تغذي الخيوط المجرات
لا يقتصر تدفق الغاز على الخيوط على النجوم فحسب، بل يُشكل أيضًا شكل المجرات. تنقل هذه التيارات الهيدروجينَ الجديد إلى أقراصها، مُغذيةً بذلك الأذرع الحلزونية، ودفقات الإشعاع، والإثراء الكيميائي.
بدون تدفق مستمر للغازات، ستستنفد المجرات غازاتها في غضون مئات الملايين من السنين وتتلاشى.
تُظهر الصورة الجديدة أن التدفق الداخلي يحدث مبكرًا وعلى نطاق واسع. كما تكشف عن حدود واضحة حيث يتحول الغاز بين المجرات إلى مادة مرتبطة بالمجرات نفسها.
يساعد تحديد هذه الحدود على تفسير سبب استمرار بعض المجرات في تكوين النجوم بينما تتوقف مجرات أخرى وتتحول إلى اللون الأحمر.
الطريق إلى الأمام للشبكة الكونية
نحن في غاية الحماس لهذه الرصدات المباشرة عالية الدقة لخيط كوني. ولكن كما يقول الناس في بافاريا: “لا يُحتسب أي شيء”، يختتم فابريزيو أريغوني باتايا ، عالم من هيئة MPA ومشارك في الدراسة.
“لذلك فإننا نجمع المزيد من البيانات لاكتشاف المزيد من هذه الهياكل، والهدف النهائي هو الحصول على رؤية شاملة لكيفية توزيع الغاز وتدفقه في الشبكة الكونية.”
وستستفيد الدراسات المستقبلية من أدوات الجيل القادم مثل أجهزة التحليل الطيفي عالية الدقة المخطط لها في التلسكوب العملاق للغاية .
وستبحث المسوحات الأوسع عن المزيد من الخيوط، لرسم خريطة كاملة النطاق لهيكل الكون، وكشف مدى شيوع هذه الخيوط المضيئة.
وبالإضافة إلى الاكتشاف الأول، فإن كل خيط جديد سوف يعمل على تشديد القيود على فيزياء المادة المظلمة وتطور المجرات.
في الوقت الحالي، يُعدّ الخيط بين نجمين زائفين متوهجين الصورة الأكثر وضوحًا على الإطلاق للشبكة التي تربط الكون. تُظهر الصورة الغاز يتحرك على طول طريق حريري كالعنكبوت، مُغذّيًا المجرات في سنوات تكوينها.
والأهم من ذلك، يُثبت هذا أن المراقبة الدقيقة قادرة على تسليط الضوء على هياكل كانت تُعتبر بعيدة المنال. ومع قيام علماء الفلك بجمع خيوط إضافية، ستظهر صورة أوضح للإطار الخفي لكوننا، توهجًا خافتًا تلو الآخر.
نشرت الدراسة في مجلة Nature Astronomy .