سريع

السماء الليلية مليئة بالحلقات والفقاعات، لكنها في نطاق الراديو تبدو مختلفة. في بيانات التلسكوب الراديوي الأسترالي ASKAP ظهرت بنية تشبه فقاعتي صابون نُفختا من قصبة واحدة. إحداهما دائرية تمامًا تقريبًا، والأخرى تتداخل معها قليلًا، وكأنهما نُفختا بفارق ثانية واحدة.

على الشاطئ ليلًا تقف منارة. مصباحها شبه مُطفأ معظم الوقت، لكنه كل بضعة أيام، لجزء من الثانية، يومض بضوء يُرى من وراء الأفق. هذا بالضبط ما يفعله PSR J2108+5055: نجم نيوتروني في مجرتنا يظل صامتًا لسنوات، ثم يُطلق نبضة راديوية واحدة قادرة على أن تُطغى على أسراب النجوم.

التصوير المباشر لكوكب خارجي كوكب خارجي — أي كوكب يدور حول نجم آخر — هو مهمة تشبه محاولة رؤية يراعة على خلفية كشاف ضوئي قوي. الغلاف الجوي للأرض في حالة اضطراب مستمر: طبقات الهواء ذات درجات الحرارة والكثافات المختلفة تختلط بشكل عشوائي، والضوء القادم من النجم أثناء مروره عبرها يهتز ويصبح مشوشًا.

ظلت الانفجارات الراديوية السريعة - وهي نبضات راديوية تستغرق أجزاء من الثانية وتأتي من مجرات بعيدة - لغزًا لفترة طويلة. كانت طاقتها الهائلة، المحشورة في لحظات، تشير إلى أحداث كارثية على نجوم نيوترونية، ربما نجوم نابضة أو مغنطيسات. لكن فهم أين تولد الانفجارات بالضبط وما هي البيئة المحيطة بها، كان يعيقه غياب وسيلة تشخيص مباشرة.

قبل نصف قرن، لاحظ Фриц Цвикки أن المادة المرئية في تجمعات галактик غير كافية بشكل كارثي لتفسير الجاذبية. ونعلم اليوم أن جزءًا كبيرًا من المادة العادية — وهي الباريونات نفسها — يختبئ في بلازما متخلخلة بين النجوم والمجرات، في شبكة عملاقة من водорода وгелия.

اندفع 3I/ATLAS إلى نظامنا الشمسي كضيف غير مدعو، هدية من القدر لصائدي الذكاء خارج الأرض. هذا المتجول شبيه المذنبات القادم من أعماق المجرة مر قريبًا بما يكفي ليُسمع بكل تفاصيله – على عكس الكواكب الخارجية البعيدة.

الكون عبارة عن أوركسترا هائلة تعزف سيمفونية التوسع. تتباعد المجرات على إيقاع موسيقى غير مسموعة لـ الطاقة المظلمة. لكن المشكلة أن عصا القائد التي يحملها إدوين هابل وآدم ريس وفيرا روبين تحدد إيقاعين غير متوافقين.

بدأت القصة بحيرة: في ثلاثينيات القرن العشرين، لاحظ فريتز زفيكي أن عناقيد المجرات تتصرف وكأنها تخفي كتلة هائلة غير مرئية. وبعد نصف قرن، أكدت فيرا روبين ذلك — فالنجوم عند أطراف المجرات تدور بسرعة أكبر من أن تمسكها المادة المرئية وحدها. هكذا وُلد لغز المادة المظلمة — الهيكل الخفي للكون.

قبل 12 مليار سنة تقريبًا، عندما كان الكون يعيش "ظهيرة كونية" عاصفة — حقبة تشكل النجوم القياسي — كان الكوازار WISSH13 يشتعل في قلب إحدى المجرات. اليوم، يصل ضوؤه إلى الأرض بعد عبوره نسيج الكون المتمدد (انزياح أحمر 3.294 — نتيجة مباشرة لقانون إدوين هابل)، حاملاً قصة كارثة مذهلة.

شعاعان من الضوء يركضان في حلقة مغلقة باتجاهين متعاكسين. وفقًا لمسلمة ثبات سرعة الضوء، فهي دائمًا ثابتة في الفراغ لأي مراقب. عندما تدور الحلقة، يضطر أحد الشعاعين إلى ملاحقة هدف متحرك — فيطول مساره، بينما يطير الآخر نحو المستقبل، مما يقصر المسافة.

لطالما انتظر البحث عن ذكاء خارج الأرض إشارات هادئة ومتماسكة من الفضاء — نوعًا من «الصفير» في صمت الراديو. ومع ذلك، فقد خلقت تقنيتنا الأرضية خلفية راديوية متواصلة — أزيز مدينة ضخمة، ينبعث من جميع الاتصالات والرادارات ومحطات البث. إذا كانت النجوم المجاورة تمتلك هوائيات حساسة هوائيات، فهي تسمع هذا الضجيج بالفعل.

البحث عن إشارات خارج الأرض هو محاولة لسماع همس وسط ضجيج ملعب صاخب. استمع تلسكوب غرين بانك إلى 70,000 نجم، لكن 100 مليون ومضة مسجلة كانت مجرد ضوضاء راديوية أرضية — تداخل من الهواتف المحمولة والأقمار الصناعية وأفران الميكروويف. استبعدت الخوارزميات الآلية جميع الإنذارات الكاذبة تقريبًا، ثم راجع 40,000 متطوع المرشحين المتبقين ضمن مشروع علمي مدني. لم يُعثر على أي همس فضائي. الصمت بحد ذاته نتيجة مهمة.

النفاثة البلازمية المنبعثة من مركز مجرة بعيدة تشبه نهرًا يتدفق من منبعه ويصبح تدريجيًا شفافًا. بالقرب من الثقب الأسود، يكون التدفق كثيفًا ومعتمًا للموجات الراديوية، مثل الماء العكر. فقط على مسافة معينة تصبح النفاثة "شفافة"، وهناك ترى التلسكوبات الراديوية النواة المضيئة. لكن هذه النواة ليست الثقب الأسود نفسه، بل هي النقطة التي تصبح فيها النفاثة مرئية لأول مرة.

التلسكوب الراديوي FAST في الصين هو طبق عملاق يبلغ قطره نصف كيلومتر، مخبأ في قمع طبيعي بين الجبال. يلتقط موجات الراديو من الفضاء، وفي أحدث مسح للسماء عثر على 70 جسمًا غريبًا: تصدر إشارة راديوية مميزة لسحب الهيدروجين، لكن عند النظر إليها بالتلسكوب البصري العادي لا يُرى شيء تقريبًا. تسمى هذه الأجسام مرشحين لمجرات مظلمة.

تنتقل الإشارة الراديوية من المريخ إلى الأرض، لكنها في طريقها تضطر إلى اختراق «رياح» غير مرئية من الجسيمات المشحونة المنبعثة من الشمس. هذه الرياح، مثل تموجات على سطح الماء، تشوه موجات الراديو قليلاً. في أكتوبر 2021، وجد المسبار الصيني «تيانوين-1» نفسه خلف الشمس، ومرت إشارته على بُعد 4.5 أنصاف أقطار شمسية فقط — حيث تكون الرياح كثيفة بشكل خاص.

تبدو السماء ليلًا هادئة، لكن إذا أنصتنا إلى نطاق الراديو، نجدها مليئة بالطقطقات والهمسات القصيرة. يمشط علماء الفلك السماء بحثًا عن نبضات راديوية منفردة (single radio pulses) — رشقات تدوم ميلي ثانية تأتي من زوايا مختلفة من المجرة وخارجها. أحد هذه المسوحات يجري على التلسكوب الراديوي الذي يبلغ قطره 100 متر في إيفلسبيرغ (ألمانيا).

في العناقيد الكروية — أسراب كثيفة من مئات الآلاف من النجوم — تختبئ نجوم نابضة ميلي ثانية. هذه نجوم ميتة تدور بسرعة جنونية: دورة واحدة كل بضع ميلي ثانية، مثل خلاط مطبخ على أعلى سرعة. تصل نبضاتها الراديوية إلى الأرض بدقة الساعات، لكن الإشارة ضعيفة جدًا، وفي البحث العادي تغرق في الضجيج كهمس في حشد. وجد علماء الفلك طريقة لسماع هذا الهمس.

النجم النابض الراديوي J1574+4703 هو نجم يتصرف مثل منارة متقلبة. فبدلاً من أن يضيء باستمرار، يطلق حزمته الراديوية على شكل ومضات قصيرة ثم يصمت لفترات طويلة. تُعرف هذه الأجسام باسم "المتغيرات الراديوية الدوارة" (Rotating Radio Transients) واختصارًا RRAT. لكن لهذا النجم النابض خصوصية: ففي بعض الأحيان يبدأ بالعمل كنابض راديوي عادي، يرسل إشارات دون انقطاع.

ومضات إيقاعية لمنارة وسط ضباب كثيف — هكذا يبدو البحث عن النجوم النابضة. المنارة تدور، وشعاعها يصل إلى التلسكوب بشكل دوري. لكن الضباب يشتت الضوء، فتبدو الفترة مختلفة قليلًا. إذا رُصدت نفس المنارة مرتين، يمكن المقارنة: يجب أن تتطابق الفترات تقريبًا، وأن يكون التشتت متشابهًا. هذا بالضبط ما تفعله الخوارزمية الجديدة للبحث عن النجوم النابضة — نجوم نيوترونية سريعة الدوران تُصدر نبضات راديوية.

في أكتوبر 2022، أطلق الكون ألعابًا نارية رصدتها جميع الكواشف على الأرض. الانفجار الذي حمل اسم GRB 221009A كان شديد السطوع لدرجة أنه وُصف بأنه «الأكثر سطوعًا في تاريخ الرصد». هذا هو انفجار غاما (gamma-ray burst) — وميض قصير لكنه قوي بشكل هائل، يطلق في ثوانٍ طاقة تفوق ما ستنتجه الشمس طوال حياتها.

لسنوات طويلة، ساد اعتقاد في الفيزياء الفلكية بأن النفاثات العملاقة من الانبعاثات الراديوية — التي تنطلق من المناطق المركزية — هي حكر على المجرات الإهليلجية المجرة فقط. كان يُعتقد أن بيئتها الهادئة، الخالية من البنية الداخلية الواضحة، هي الوحيدة القادرة على تشكيل مثل هذه النوافير الهائلة من الطاقة، التي تغذيها الثقوب السوداء فائقة الكتلة.

التدفقات الراديوية السريعة هي ومضات راديوية لحظية من الفضاء البعيد. في جزء من الألف من الثانية، تطلق طاقة تعادل ما تشعه الشمس في شهر. أحد هذه التدفقات، بتكراره، سمح للعلماء بإلقاء نظرة على مركز انفجار نجمي حديث. تابع علماء الفلك الإشارة لمدة ثلاث سنوات ولاحظوا: كل عام كانت تصل أسرع، لأن سحابة الجسيمات المشحونة - 'الدخان' الكوني - كانت تتشتت.

تيرزان 5 هو تجمع كروي من النجوم، سرب مكتظ يضم مئات الآلاف من الأجرام، منضغط في كرة يبلغ قطرها بضع عشرات من السنوات الضوئية. في هذا الزحام، تتبادل النجوم المادة وتُسرِّع دوران بعضها البعض، وبعضها يتحول إلى نجوم نابضة — نجوم نيوترونية تدور بسرعة فائقة وتبعث نبضات راديوية كالمنارات. الصور الجديدة التي التقطها تلسكوب Karl G.

في المجرة المجاورة سحابة ماجلان الكبرى، يعيش النظام الثنائي A0538-66. هناك، نجم نيوتروني — كرة صغيرة بحجم مدينة لكن كتلتها أكبر من كتلة الشمس — يدور حول نفسه في 69 ميلي ثانية. للمقارنة: خلاط المطبخ يُكمل دورة كاملة في حوالي 10 ميلي ثانية، لذا فالنجم تقريبًا بنفس سرعة القمة الدوّارة.

في الليل، عندما ينام معظم الناس، تواصل الطبق الضخم للتلسكوب الراديوي «غرين بانك» في فرجينيا الغربية الاستماع إلى السماء. خلال 24 186 ساعة — أي ما يقرب من ثلاث سنوات من المراقبة المتواصلة — التقط 50 نجمًا نابضًا وثلاث ومضات راديوية سريعة. الومضات الراديوية السريعة هي نبضات راديوية قصيرة لكنها قوية بشكل لا يصدق، تأتي من مجرات بعيدة.

لمدة اثنتي عشرة سنة، ظل علماء الفلك على التلسكوب الراديوي LPA في بوشينو يستمعون إلى نفس المنطقة من السماء — الاتجاه نحو المجرّة 3C 33. خلال هذه الفترة، التقطوا ست إشارات راديوية قصيرة فقط، استمرت كل منها من دقيقة إلى أربع دقائق. تبيّن أن هذه الدفعات شديدة السطوع — وصل تدفقها إلى مئات اليانسكيات (وحدة سطوع المصدر الراديوي، مثل اللومن للمصباح، لكن لموجات الراديو).

قبل سبعة مليارات سنة، أحدث ثقب أسود في مركز مجرة انفجارًا لأشعة غاما، وهي الإشعاع الأكثر طاقة وشدة. وقد وصل ضوء هذا الانفجار، بعد أن قطع مسافات كونية شاسعة، إلى تلسكوبات ماجيك في ديسمبر 2017. وخلال رحلته، قام تمدد الكون بشد موجاته، فجعلها أطول.

تصل إلينا الإشارة الراديوية البعيدة عابرةً الغاز، وكلما زاد الغاز في طريقها، زاد «تباطؤ» الإشارة. يستخدم علماء الفلك هذا الأمر لوزن الغلاف غير المرئي لمجرتنا — هالتها. لكن إذا كان الغلاف غير متجانس، مثل وشاح سميك يُلقى على الكتفين، فإن القياسات في اتجاهات مختلفة ستكون مختلفة.

في الظلام اللامتناهي للفضاء بين النجوم، يومض الكوكب الشارد WISE 0855 بضوء حراري خافت، كأنه جمرة تخبو. حرارته لا تزيد إلا بعشر درجات فوق نقطة تجمد الماء — لو وُجدت حياة هناك، لرأت سماءً بلا شمس، في ضباب جليدي أبدي. تلسكوب 'جيمس ويب' تابع هذا الضوء الخافت باهتمام لمدة 11 ساعة، آملاً في التقاط ظل قمر عابر — وكأنما حبة مجهرية من السخام كسفت جمرة خامدة للحظة.

في مركز العديد من المجرات تتوهج منارة غير مرئية: ثقب أسود فائق الضخامة. عندما يلتهم المادة، يقذف في الفضاء شعاعًا مبهرًا من أشعة غاما. إذا كان الشعاع موجهًا نحو الأرض، يرى الفلكيون بلازارًا – نقطة لامعة لكنها غير مستقرة.

ليلة الرابع من مارس 2024. التلسكوب الراديوي ميركات (MeerKAT) في جنوب أفريقيا يلتقط نبضة تدوم أجزاء من الألف من الثانية، وهي تدفق راديوي سريع قادم من عمق 17.4 جيجا فرسخ فلكي. هذا ضوء استغرق وصوله إلى الأرض 10.5 مليار سنة. في تلك اللحظة، كان عمر الكون ثلاثة مليارات سنة فقط، أي في شبابه، عندما كانت المجرات تلد النجوم بوتيرة جنونية.

على مسافة 8.58 ميغابارسك منا، تدور المجرة الحلزونية M51 أذرعها، بينما ينظر إليها التلسكوب الراديوي VLA في أوسع تكوين له بدقة 0.16×0.14 ثانية قوسية. هذا يعادل رؤية عملة معدنية على سطح القمر من الأرض. وبهذه الدقة العالية، أظهرت ثلاث مجرات قريبة، وهي M51 وNGC 4449 وNGC 4631، لأول مرة مصادرها الراديوية المدمجة منفصلة عن الخلفية الضبابية.

التلسكوب الراديوي RATAN-600 هو حلقة من مئات الألواح الألومنيومية على منحدر جبل في قراتشاي-تشيركيسيا. في ربيع عام 2018، التقطت مرآته موجات راديوية من ستة عشر قزمًا أحمر — نجوم صغيرة وخافتة ولكنها طويلة العمر جدًا. لكل منها كواكب مشابهة للأرض في الحجم وتقع في "منطقة الحياة": ليست حارة جدًا ولا باردة جدًا، حيث يمكن أن تبقى المياه سائلة.

في غابة سيبيريا، هناك مئة مصيدة ضوئية — كل واحدة بحجم طاولة صغيرة، لكنها معًا تغطي كيلومترًا مربعًا. في الليل، تنظر هذه المصائد إلى السماء وتلتقط ومضات ضوئية خافتة تنشأ عندما تصطدم الجسيمات الكونية بالغلاف الجوي. المنشأة تسمى TAIGA-HiSCORE، وعادةً ما تعمل كـ«عين» عملاقة لهذه الجسيمات. لكن لهذه العين خاصية نادرة: جميع المصائد متزامنة بدقة تصل إلى جزء من مليار من الثانية.