Durante décadas، la علم الفلك الحديث عثر على سؤالٍ مُحرج: عندما تُجمع كل ما يُمكنك رؤيته ولمسه في الكون، من الكواكب والنجوم إلى الغاز والغبار الكوني، يبدو أن ما يقرب من نصف المادة العادية التي تنبأت بها النماذج النظرية بعد الانفجار العظيم مفقودة. ما بدأ كاختلاف بسيط في الحسابات تحوّل إلى أحد أكبر الأسئلة في علم الكونيات اليوم. لكن الآن، نُشر بحثٌ في... طبيعة علم الفلك لقد نجح في إلقاء الضوء على هذا اللغز بمساعدة "أداة" كونية غير متوقعة: انفجارات راديوية سريعة، أو FRBs.
التدفقات الراديوية السريعة إنها نبضات مكثفة من موجات راديوية قصيرة للغاية، ورغم قصر مدتها، إلا أنها تمتلك قوة كافية لاجتياز مساحات شاسعة في الكون. حتى سنوات قليلة مضت، لم يكن العديد من علماء الفلك يشكّون في وجودها، لكنها اليوم تلعب دورًا رائدًا في قياس المحتوى المادي للكون.
الفريق الدولي المسؤول عن هذا الاختراق، والمكون من علماء من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية و معهد كاليفورنيا للتكنولوجياقام بتحليل 60 حدثًا من أحداث FRB تمتد على مسافات تصل إلى مليارات السنين الضوئية لرسم خريطة لكيفية المادة الباريونية —بروتونات ونيوترونات عادية— في الشبكة الكونية. باستخدام تقنية تُضاهي استخدام مصباح يدوي في ليلة ضبابية، قدّر الباحثون كمية المادة غير المرئية من خلال تحليل تأخيرات وصول ترددات الراديو المختلفة إلى الأرض.
أين تختبئ المادة العادية؟
وباستخدام هذه الطريقة المبتكرة، أصبح من الممكن التحقق من أن ما يقرب من 76% من المادة الباريونية تطفو بين المجراتعلى شكل غاز متأين شديد الانتشار، يُشكّل نوعًا من "الضباب الكوني". يوجد 15% أخرى من المادة في هالات مجرية - تلك المناطق غير المرئية المحيطة بالمجرات - وكمية أقل فقط موجودة داخل النجوم نفسها أو سحب الغاز البارد.
حتى الآن، لم تكن التلسكوبات التقليدية فعّالة في رصد هذه المادة المتناثرة، لأنها خافتة جدًا بحيث لا تُصدر ضوءًا مرئيًا. ومع ذلك، مقياس التشتت مكّننا تحليل إشارات التدفقات الراديوية السريعة من "وزن" هذا الغاز، وبالتالي تحديد توزيع المادة الطبيعية في الكون الحديث. تتوافق هذه الاستنتاجات مع ما تنبأت به أحدث النماذج الكونية، مما يوفر أحد أكثر التأكيدات المباشرة المنتظرة بفارغ الصبر في الآونة الأخيرة.
أهمية الشبكة الكونية والعمليات الديناميكية
أحد الأسئلة الأساسية التي يحلها هذا البحث هو لماذا معظم المادة المرئية لا توجد في المجراتتشير عمليات المحاكاة والرصد إلى أن العمليات الأكثر نشاطًا - مثل انفجارات المستعرات العظمى أو نشاط الثقوب السوداء الهائلة - تطرد الكثير من الغاز من المجرات، مطلقةً إياه إلى الوسط بين المجرات الشاسع. وهكذا، "تطفو" المادة متناثرةً في الشبكة الكونية، بعيدًا عن البيئات المجرية حيث تميل الجاذبية إلى جذبها، ولكن آليات متعددة تعيدها في النهاية إلى الفضاء. لفهم آلية عمل هذه الديناميكية بشكل أعمق، يمكنك الرجوع إلى خصائص وتصنيف المجرات الحلزونية.
يُعد فهم الموقع الدقيق لهذه الباريونات أمرًا بالغ الأهمية لتفسير كيفية تشكل المجرات وتطورها، وكيفية توزيع النجوم، والعمليات التي تُمكّن أو تحد من ظهور هياكل كونية جديدة. ووفقًا لمؤلفي الدراسة، فإن حقيقة أن الاندفاعات الراديوية السريعة تُمكّننا من تتبع هذا العنصر غير المرئي تفتح مرحلة جديدة في استكشاف الكون على نطاق واسع.
من اللغز إلى العصر الجديد من الاستكشاف الكوني
بالنسبة لشخصيات مثل فيكرام رافي y ليام كونور، الذي شارك بشكل مباشر في البحث، فإن هذا الاكتشاف هو "انتصار حقيقي لعلم الفلك الحديث". لقد أثبتت FRBs نفسها كأداة ثورية لـ تحديد موقع المادة غير المرئية ورسم خريطتها وفي هذه العملية، نؤكد صحة النماذج الكونية الحالية. بفضل قدرات التلسكوبات الجديدة والمشاريع المستقبلية مثل دسا-2000 o وترويأمل المجتمع العلمي في مضاعفة عدد FRBs التي يتم تحليلها واستكشاف الشبكة الكونية بدقة غير مسبوقة في السنوات القادمة.
بالإضافة إلى تسوية مسألة عددية، اعرف أين توجد المادة الباريونية يتيح هذا البحث دراسةً أعمق لظواهر رئيسية، مثل ظروف تكوّن المجرات أو كيفية انتقال الضوء عبر مليارات السنين. هذه الباريونات، بعيدة كل البعد عن الثبات، تخضع لدورات ديناميكية: فالجاذبية تدفعها إلى السقوط في المجرات، لكن العمليات النشطة يمكن أن تُبددها مرة أخرى، فتعمل كنوع من مُنظّم حرارة كوني يُنظّم التوازن الحراري للكون.
التأثيرات على علم الكونيات والخطوات المستقبلية
إن التقدم الذي تم تحقيقه باستخدام FRBs لا يثبت صحة فكرة أن تقريبا كل المادة المرئية في الكون موجودة خارج المجرات، لكنها تستبعد أيضًا فرضيات بديلة أشارت إلى هالات المجرات كملجأ محتمل للمادة "الخفية". تضع هذه النتيجة أيضًا حدًا لكمية الكتلة التي يمكن تحويلها إلى نجوم، مع تداعيات مباشرة على نماذج تكوين النجوم وفهمنا لتطور الكون على نطاق واسع. لتوسيع معرفتك بالكون المرئي، يمكنك زيارة الكون المرئي.
ويرى الخبراء أن تعزيز هذه التقنية هو بمثابة نقطة البداية لـ عصر جديد في علم الكونيات الرصدي، حيث أن القدرة على تحديد وتتبع ودراسة المادة الباريونية بمثل هذه الدقة سوف تزودنا في السنوات القادمة باكتشافات ورؤى حول البنية الأساسية التي تدعم الكون.
وقد ثبت أن تحديد موقع "المادة المفقودة" لا يقتصر الأمر على حل أحد أكبر ألغاز علم الفلك الحديث، بل يُمهّد الطريق لفهمٍ أكثر تفصيلًا لكيفية تطور الكون. لقد أتاح الجمع بين التقنيات المبتكرة والتعاون الدولي ليس فقط إحصاء المادة، بل أيضًا فهمًا أفضل للنسيج الكوني الذي دعم، لمليارات السنين، كل ما نعرفه.