الكون هو ظل لامع للغاية.. قد يكون هذا هو آخر خبر توقعت أن تسمعه في نهاية عام مظلم. لكن هذا ما اكتشفته مجموعة من علماء الفلك، باستخدام الكاميرات على مركبة الفضاء نيو هورايزونز New Horizons التي زارت بلوتو ذات مرة لقياس ظلام الفضاء بين الكواكب.
ينقل دينيس أوفرباي في تقريره المنشور في 8 كانون الأول بصحيفة نيويورك تايمز New York Times قول تود لوير، من المختبر الوطني لبحوث الفلك البصري والأشعة تحت الحمراء في توكسون أريزونا “هناك شيء غير معروف. الكون ليس مظلما تماما، ولا نعرف تماما بعد مكوناته”.
على بعد 4 مليارات ميل من الشمس، بعيدا عن الكواكب الساطعة والضوء المنتشر بواسطة الغبار بين الكواكب، كان سطوع الفضاء الفارغ ضعف ما كان متوقعا من الدكتور لوير وزملائه.
تفسيرات عدة
يقول لوير إن التفسير الأكثر ترجيحا هو وجود المزيد من المجرات الخافتة جدا أو عناقيد النجوم التي تساهم في إضاءة خلفية الكون أكثر مما أشارت إليه نماذجهم. أو حتى تلك الثقوب السوداء في مراكز المجرات غير المميزة كانت تضخ طاقة إضافية في الفراغ.
هناك اقتراح أكثر إثارة للفضول، وإن كان تخمينيا، يتضمن ما يمكن تسميته بالمادة المعتمة الباردة. يُعتقد أن الكون مليء “بالمادة المظلمة”، مادتها الدقيقة غير معروفة ولكن جاذبيتها تشكل الكون المرئي.
وتشير بعض النظريات إلى أن هذه المادة يمكن أن تكون عبارة عن غيوم من الجسيمات دون الذرية الغريبة التي تتحلل إشعاعيا أو تصطدم وتفني نفسها في ومضات من الطاقة تضاف إلى التوهج العالمي.
ويفضل الدكتور لوير وزملاؤه ترك مثل هذه التخمينات لعلماء فيزياء الجسيمات، إذ قال في رسالة بريد إلكتروني للصحيفة “إن عملنا معني فقط بقياس مستوى التدفق نفسه. بصفتنا مراقبين، فإننا نعرض هذا على أولئك الذين يمكنهم معرفة ما يجب فعله به”.
وقال مارك بوستمان عالم الفلك في معهد علوم تلسكوب الفضاء Space Telescope Science Institute في بالتيمور وأحد مؤلفي التقرير، الذي نُشر على الإنترنت في تشرين الثاني الماضي “من المهم القيام بذلك للحصول على تقدير لمحتوى الطاقة الإجمالي في الكون، والذي يساعد على إعلامنا بالتاريخ الكوني العام لتكوين النجوم”.
الضوء الإضافي
للتسجيل، فإن كمية الضوء الإضافي الذي وجدوه يرتد حول الكون حوالي 10 نانووات لكل متر مربع لكل إستيراديان، والإستيراديان هو مقياس للزاوية الصلبة في السماء (يستغرق 4 إستيراديان لتغطية السماء بأكملها).
قارن الدكتور لوير هذا القياس بكمية الضوء التي يوفرها النجم سيريوس أو الثلاجة المفتوحة على بعد ميل واحد. وكتب في رسالة بالبريد الإلكتروني “لجعله أقرب إلى ما فعلناه، يمكنك التفكير في الاستلقاء في السرير والستائر مفتوحة في ليلة مظلمة بلا قمر”. يقول لوير إن القياس لديه فرصة بنسبة 5% ليكون مصادفة؛ يُعرف هامش الخطأ هذا بـ 2 سيغما.
قال الدكتور بوستمان إن قياس الفريق شمل الضوء في الأطوال الموجية المرئية فقط، وكان بحاجة إلى زيادته عن طريق قياسات الراديو والأشعة السينية والأشعة تحت الحمراء.
لقرون عدة، كان ظلام سماء الليل مصدرا لمفارقة سميت على اسم عالم الفلك الألماني هاينريش فيلهلم أولبيرس. من المفترض، في عالم ثابت لانهائي أن ينتهي كل خط رؤية عند نجم، لذا، ألا ينبغي أن تظهر السماء مشرقة مثل الشمس؟
لكن علماء الفلك يعرفون الآن أن عمر الكون لا يتجاوز 13.8 مليار سنة وأنه يتمدد. ونتيجة لذلك، فإن معظم خطوط الرؤية لا تنتهي عند النجوم، بل تنتهي عند التوهج الباهت للانفجار العظيم، وأطوال موجات التوهج الآن ممتدة لدرجة أنها غير مرئية للعين، مما يجعل السماء تبدو مظلمة.
لكن ما مدى عتمة الظلام؟
إن إضافة كل الضوء الذي لا يمكنك رؤيته ليس بالأمر الهين. توجد مجرات بعيدة خافتة للغاية بحيث يتعذر معها القيام برحلات أكثر أجهزة الكشف حساسية على التلسكوبات العملاقة، ولكنها تضخ الطاقة في الغبار والغاز المنتشر في الفضاء.
كان قد تم إطلاق المركبة الفضائية نيو هورايزونز في 19 كانون الثاني 2006، وازدادت سرعتها بفعل بلوتو في 14 تموز 2015. وفي 1 كانون الثاني 2019، تجاوزت أروكوث Arrokoth، التي كانت تُسمى سابقا ألتيما ثول Ultima Thule، أحد الأعداد التي لا حصر لها من الجبال الجليدية الكونية التي تعيش في حزام كويبر Kuiper belt على أطراف النظام الشمسي، وما زالت مستمرة.
استندت قياسات الدكتور لوير إلى 7 صور مأخوذة من كاميرا الاستطلاع بعيدة المدى، وهي كاميرا في نيو هورايزونز، والتُقِطت عندما كانت المركبة الفضائية على بعد حوالي 4 مليارات ميل من الأرض. في تلك المسافة، كانت المركبة الفضائية أبعد بكثير من الوهج المشتت للكواكب أو الغبار بين الكواكب. في الواقع، قال بوستمان إن الذهاب إلى مسافة أبعد 10 مرات لن ينتج عنه ظلام أكثر نظافة.
كتب الدكتور لوير “عندما يكون لديك تلسكوب على طريق نيو هورايزونز على حافة النظام الشمسي، يمكنك أن تسأل، إلى أي مدى يظلم الفضاء؟ استخدم الكاميرا فقط لقياس التوهج من السماء”، في هذه الحالة، كانت الصور لأجسام بعيدة في حزام كويبر. يقول بوستمان إن الكاميرا هي “مصور للضوء الأبيض”، تستقبل الضوء عبر طيف واسع يمتد على بعض الأطوال الموجية فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء.
وبمجرد أن قام الفريق بقياس مستوى الضوء في خلفية السماء، اضطر بعد ذلك إلى اللجوء إلى نماذج رياضية لعدد المجرات الخافتة التي كانت كامنة تحت الحدود الطبيعية للاكتشاف. عندما تم طرح هذا المقدار من قياساتهم، بقيت كمية متساوية من الضوء مجهولة المصدر.
يضيف بوستمان “يبدو الأمر كما لو كنت تحصي كل الناس على الأرض لكنك تركت آسيا”، وقال الدكتور لوير إن هذا هو القياس الأكثر دقة لضوء الخلفية حتى الآن.