تلسكوب غايا

الشمس تتنفس، ولهذا التنفس إيقاع مغناطيسي. كل 27 يومًا يكمل السطح المرئي للنجم دورة كاملة، ومعه مجاله المغناطيسي، الذي يشبه شريطًا غير مرئي يلتف حول النجم. الأرض، بوصفها مستمعًا حساسًا، تستجيب لهذا الإيقاع بذبذبات في مجالها المغناطيسي: عواصف جيومغناطيسية، شفق قطبي، واضطرابات في عمل الأقمار الصناعية.

من عام 1987 إلى عام 1991، قام علماء الفلك بآخر قياسات لانعكاس موجات الراديو عن الأقمار الجليدية للمشتري. ثم تلا ذلك توقف طويل. في الفترة من 2011 إلى 2024، استأنف الباحثون الرصد الراداري لأوروبا، هذه المرة باستخدام هوائي غولدستون الذي يبلغ قطره 70 مترًا كجهاز إرسال وتلسكوب غرين بانك الراديوي كجهاز استقبال للإشارة المنعكسة.

العمالقة الحمراء في مركز درب التبانة تشبه منارات بعيدة تتوهج تارة وتخفت تارة أخرى. يخترق ضوؤها الغبار الكثيف، لكن الطرق التقليدية لقياس المسافات تفشل هنا: النجوم شديدة السطوع وغير مستقرة، والغبار يشوه الصورة. وجد علماء الفلك طريقًا ملتويًا.

سطح بحيرة هادئ تتكسر فجأة تموجات صغيرة — في مكان ما في الأعماق انهارت صخرة تحت الماء. يرتجف الماء بشكل يكاد لا يُلاحظ، وتتسع الدوائر أكثر فأكثر حتى تصل إلى العوامة على الشاطئ. هذا التشبيه يصف بدقة نهاية نجم ضخم: بعد استنفاد وقوده النووي، لم يعد قادرًا على مقاومة جاذبيته.

في قلب درب التبانة تمامًا، تدور نجوم حول ثقب أسود هائل غير مرئي. أحد هذه النجوم، S301، يكمل دورة كاملة في 8.7 سنة فقط. مساره يشبه قطعًا ناقصًا شديد التفلطح: تارة يقترب كثيرًا من الثقب الأسود، وتارة يبتعد بعيدًا. وعند أقصى اقتراب، تصبح المسافة إلى الثقب ضئيلة بمقاييس الكون. مدار S301 مستطيل لدرجة أن انحرافه المركزي (eccentricity) يساوي 0.982.

صائد الضوء القديم — تلسكوب جيمس ويب — وجّه مراياه إلى بقعة صغيرة من السماء ورصد منارة غريبة. الجسم الذي يحمل الاسم العملي beacon_1420-$$5253_{4770}$$ اشتعل ثم خفت. في البداية، أُدرج ضمن المرشحين ليكون أبعد مجرة — وكأننا نراها بعد 300 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم. لكن المجرات لا تتصرف هكذا: فهي لا تختفي في غمضة عين بين المجرات.

15 175 107 نجمًا. كل واحد حصل على عمره. لكن لا يخلو أي رقم من مسحة من عدم اليقين: عمر النجم ليس مسمارًا مثبتًا على محور الزمن، بل سحابة احتمال، ضباب يخفي القيمة الحقيقية. بالنسبة لـ التطور المجري، فإن هذه العلامة الزمنية لا تقدر بثمن: بدونها تبقى خريطة درب التبانة مسطحة.

الكون يعزف الصمت. تبقى حصة الأسد من المادة - حوالي 85% - غير مرئية، ولا تتجلى إلا من خلال الجاذبية. وقد أوضحت فيرا روبين أن المجرات تدور وكأن كتلة غير منظورة تغلفها. من بين المرشحين لدور هذه "السمفونية المظلمة" الحقول القياسية فائقة الخفة، وهي جسيمات بكتل تصل إلى 10⁻²² إلكترون فولت، تتصرف كموجات كمومية تملأ الهالة.

ضوء النجم البعيد ليس منارة مثالية. عند مروره عبر حقل الجاذبية لنجم آخر، فإنه ينحني ويتشتت ويتضخم، مكونًا في السماء حلقة أينشتاين العابرة. هكذا تتجلى عدسة الجاذبية الدقيقة، التي تنبأ بها فريتز زفيكي في ثلاثينيات القرن الماضي.

نموذج النموذج الكوني القياسي ΛCDM، حيث تلعب المادة المظلمة والطاقة المظلمة دور المهندسين الرئيسيين للكون، ظل لعقود يتنبأ بالبيانات الفلكية بدقة الساعات السويسرية. أسس هذا النموذج ثلاثة عباقرة. افترض جورج لومتر توسعاً من 'ذرة' فائقة الكثافة.

البحث عن ذكاء خارج الأرض يشبه غربلة الذهب في نهر لا نهائي. ظل SETI لعقود يتنصت على همهمة المجرة، لكن الأثير صامت. المشكلة ليست في حساسية الهوائيات، بل في أننا لا نعرف أين نضع المصفاة. دراسة جديدة تقترح التوقف عن التخمين وبدء غربلة الصخر النجمي بمنهجية: مرشح بارامتري يستبعد النجوم التي يكاد يكون مؤكدًا أنها لم تنتج حياة معقدة. هذا ليس تشككًا، بل حساب - توفير لأثمن مورد، وقت الرصد.

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.

المنارة تومض بدقة مرة كل ثانية. إذا كانت تتحرك في مدار دائري، فإن ومضاتها تصل إما أبكر قليلًا أو متأخرة قليلًا — مما يكشف عن رفيق غير مرئي. هكذا كشف علماء الفلك عن الرفيق الخفي للنجم IY Lyrae. IY Lyrae هو نجم متغير نابض في القرص السميك للمجرة. يتغير لمعانه بفترة تبلغ حوالي نصف يوم: يتمدد النجم وينكمش بإيقاع منتظم. لكن ظهرت خلل في هذا الإيقاع.

غرفة مظلمة، يطفو الغبار في الهواء. يومض مصباح ساطع — فتتوهج ذرات الغبار كاشفةً عن أماكنها. طبق علماء الفلك أسلوبًا مشابهًا على مجرتنا. كان المصباح هو توهجات أشعة غاما — أقوى الانفجارات في المجرات البعيدة — بينما كانت ذرات الغبار هي سحب الغبار بين النجوم. تمر أشعة إكس المنبعثة من التوهج عبر هذه السحب، وينحرف جزء من الإشعاع جانبًا، فنرى حلقة مضيئة.

في قلب درب التبانة، هناك شيء يتوهج باستمرار بأشعة غاما. هذا الضوء مميز — طاقته تساوي بالضبط 511 ألف إلكترون فولت. تظهر هذه الطاقة عندما يلتقي إلكترون بجسيمه المضاد، البوزيترون، فيفنيان بعضهما معًا مخلفين وميضًا من الضوء.

المنارة تومض كل بضع ثوانٍ، لكنها فجأة تبدأ في التوهج والخفتان ببطء على مدار عام. هذا هو بالضبط سلوك حوالي ثلث العمالقة الحمراء — النجوم الضخمة في مراحل متأخرة من حياتها. نبضها المعتاد يستغرق أيامًا أو أسابيع، لكن فوقه تظهر فترات ثانوية طويلة: أشهر وسنوات. لُوحظت هذه الظاهرة منذ ما يقرب من مئة عام، لكن لم يتمكن أحد من تفسيرها.

انفجار النجم الضخم حدث ساطع لكنه قصير. الومضة نفسها تستمر أسابيع، أما الغبار المحيط الذي سخنته فيستمر في التوهج بالأشعة تحت الحمراء لسنوات طويلة. الأمر أشبه بومضة كاميرا تضيء غرفة، ثم تظل جزيئات الغبار المتوهجة في الهواء مشتعلة بوهج خافت — لكن على نطاق كوني. دقق علماء الفلك في صور التلسكوب NEOWISE للأشعة تحت الحمراء على مدى 12 عامًا بحثًا عن هذا التوهج "المشتعل".

في الليل، يبدو مصباح بعيد ثابتًا، لكن إذا اقتربت منه وتأملته جيدًا، ستلاحظ أنه يتمايل قليلًا مع الريح. هكذا تقريبًا يبحث علماء الفلك عن كواكب حول نجوم أخرى: يقيسون كيف تزيح النجوم انزياحًا طفيفًا بفعل جاذبية أقمارها غير المرئية. في الدراسة الجديدة، أخذ العلماء 176 نجمًا عُثر حولها بالفعل على أقراص غبارية — وهي بقايا مواد البناء التي قد تتشكل منها الكواكب. غالبًا ما توحي هذه الأقراص بوجود أجسام كبيرة تمهد طريقها.

بعد موت نجم ضخم، يحدث انفجار مستعر أعظم — بقوة تجعل وميضه أكثر سطوعًا من مجرة بأكملها. في هذا اللهيب، تولد مليارات الأكسيونات — جسيمات خفية لا تكاد تترك أي أثر. في كل ثانية، تمر عبر كل واحد منا تريليونات من هذه الجسيمات الدقيقة دون أن تُلاحظ أبدًا. يُعتقد أن هذه الخفايا هي المادة المظلمة — المادة الخفية التي تمنع المجرات من التشتت.

مثل نهر يختفي فجأة تحت الأرض، ينقطع ذراع حامل رأس الغول في درب التبانة عند منطقة يسميها الفلكيون "خليج الزرافة". حيث كان ينبغي أن يستمر الشريط الساطع من النجوم، تظهر "فراغات" مظلمة. قرر فريق من الباحثين تمشيط هذه المنطقة من السماء باستخدام بيانات تلسكوب غايا (Gaia)، فعثروا في "الفراغ" على 31 عنقودًا مفتوحًا — عائلات نجمية وُلدت من سحابة واحدة من الغاز والغبار.

درب التبانة ومجرة أندروميدا — مثل سربين هائلين من الطيور يتقاربان في رحاب السماء. بيانات جديدة من تلسكوب جايا أظهرت: أندروميدا لا تنحرف جانبًا تقريبًا. احتمال اندماجهما يصل إلى 90% كاملة. حتى أخف نسيم جانبي كان يمكن أن يباعد مساريهما، لكن الحسابات تقول إنه شبه معدوم.

لفترة طويلة، اعتقد علماء الفلك أن الكون يعمل كناقل كوني: في أي ركن منه تولد النجوم وفق وصفة موحدة، حيث يقابل كل عملاق ضخم عدد ثابت تقريبًا من الأقزام الصغيرة. هذه النسبة العالمية تُسمى دالة الكتلة الابتدائية — التوزيع الأساسي الذي يصف كم نجمة من أي كتلة تتشكل في كل حدث تكوّن نجوم. ومع ذلك، كان التحقق منها مباشرة صعبًا للغاية: لعدّ كل «الأرغفة» في مخبز بعيد، يجب تمييز حتى أصغر وأخفت النجوم.

استغرق ضوء المجرة البعيدة 13.4 مليار سنة ليصل إلينا. التقطه تلسكوب جيمس ويب وحلله إلى ألوان. في الطيف تظهر خط هيدروجين ساطع — مثل بصمة إصبع تقول: المجرة GS-z13-1-LA تولد النجوم بنشاط. النجوم الشابة الساخنة داخل المجرة تعمل مثل الكشافات. تصدر أشعة فوق بنفسجية تقتلع الإلكترونات من ذرات الهيدروجين المحيطة.

يقيس التلسكوب الفضائي Gaia مواقع النجوم بدقة تصل إلى مايكروثانية قوسية — وكأننا من الأرض نرى عملة معدنية على القمر. في عام 2022، لاحظ أن النجم الساطع HD 12800 يتمايل قليلًا، وكأن قمرًا غير مرئي يجذبه. افترض علماء الفلك أن كوكبًا يدور حول النجم. لكن التمايل قد يكون خادعًا. فالنجم نفسه يهتز بسبب عمليات داخلية، والأجهزة أحيانًا تخطئ.

في كوكبة تولد فيها نجوم جديدة، تتصرف إحداها مثل مصباح تالف: تارة تضيء بثبات، وتارة تخفت فجأة عدة مرات. يتابع علماء الفلك النجمة Gaia-GIC-1 منذ عدة سنوات ويدركون الآن أن وميضها هو ظل سحابة غبار ضخمة تمر أمامها بين الحين والآخر. الغبار ليس مجرد حطام فضائي، بل شظايا حديثة: يبدو أن كوكبين اصطدما هناك مؤخرًا.

لم تعد السماء ليلًا هادئة كما كانت من قبل. تمر فوقنا آلاف الأقمار الصناعية، وقد يصدر كل منها موجات راديوية عشوائية، مما يعيق علماء الفلك عن الاستماع إلى المجرات البعيدة. لفهم هذه الضوضاء، وجّه العلماء التلسكوب الراديوي 21CMA في الصين نحو مرور أقمار ستارلينك. يتكون التلسكوب 21CMA من العديد من الهوائيات الصغيرة المنتشرة في الحقل.

ضوء كل نجم هو جواز سفره الفريد، لكن السجلات فيه مكتوبة بلغة الأطياف والألوان. بالنسبة للعمالقة القدامى، تكاد هذه الوثائق أن تكون متطابقة: فأطيافها تتداخل مع بعضها البعض، وكان فك رموز التفاصيل يدويًا شبه مستحيل. التقط تلسكوب Gaia الفضائي، المزوّد بقياسات ضوئية عالية الدقة فوتومتري — قياس سطوع النجوم وألوانها، ملايين من هذه البصمات الضوئية.

عندما تصطدم مجرتان، يبدأ الثقبان الأسودان في مركزيهما رقصة اقتراب طويلة. وإلى أن يندمجا في ثقب واحد، يمكننا رؤية زوج من الكوازارات — أضواء ساطعة تتوهج عندما يبتلع الثقب الأسود الغاز والغبار. هذه الأزواج في السماء أشبه بمنارتين متقاربتين، لكن كل واحدة تضيء من مرفئها الخاص. دقق علماء الفلك في بيانات مسوحات السماء الكبرى ووجدوا 17 زوجًا من هذا القبيل.

كشّافان ضوئيان متلاصقان: من بعيد يندمج ضوءهما في بقعة واحدة، فيبدو المصدر واحدًا. وهكذا في الفضاء: حوالي 10–20% من النجوم الخافتة هي في الواقع أزواج متلاصقة من نجمين متطابقين. لا يمكن تمييزهما منفردين، لكنهما معًا يضيئان بشكل أكثر سطوعًا من نجم مفرد له نفس الخصائص.

النجم المتقدم في العمر يطرح طبقاته الخارجية، ويبقى نواة كثيفة ساخنة بحجم الأرض — القزم الأبيض. إذا كانت بقايا كواكب أو كويكبات أو مذنبات تدور بالقرب منه، فإنها تسخن وتبدأ بالتوهج في نطاق الأشعة تحت الحمراء. هذا الضوء الزائد يشبه بقعة دافئة على أرضية باردة. أخذ علماء الفلك بيانات من تلسكوب غايا الفضائي (Gaia) ومسوح أرضية.

يلتقط تلسكوب رنتجن الضوء القادم من الغاز الساخن حول النجوم، لكن هذا الضوء يصل "مشوشًا" — مثل صوت عبر اتصال هاتفي رديء. لفك الكلمات، نحتاج إلى قاموس للترددات الدقيقة التي تتوهج عندها الذرات. مثل هذا القاموس لا يُكتب بالحسابات فقط، بل بالتجارب المباشرة أيضًا. في مختبر ياباني، جمعوا جهازًا — مصيدة، حيث يحبس شعاع من الإلكترونات أيونات الحديد والأكسجين، مثل قفص غير مرئي.

الضوء الصادر عن النجوم الشابة الأكثر حرارة لا يمكنه عادةً مغادرة مجرته: يمتصه الهيدروجين، كما تحجب الستارة الكثيفة شعاع الشمس. لكن أحيانًا تنفتح الستارة قليلًا، وتندفع فوتونات الأشعة فوق البنفسجية إلى الفضاء بين المجرات.

الغاز الملتهب الذي يتدفق من الشمس ليس تيارًا متواصلًا، بل هو أقرب إلى حساء من الجسيمات المشحونة. في هذا الحساء، تَغلي الموجات بين الحين والآخر: حقول كهربائية تومض وتخفت، مثل تموجات على سطح الماء عندما تُلقى فيه حصاة. إحدى هذه الموجات هي الموجة الصوتية الأيونية-الأيونية (ion-ion acoustic wave). تنشأ عندما يتحرك نوعان من الأيونات (ذرات فقدت إلكتروناتها) بسرعات مختلفة.

يضرب الليزر النسيج، فيستجيب النسيج بقرقعة خافتة — موجة صوتية. تلتقطها المجسات، وبناءً عليها تُبنى صورة لما في الداخل. هكذا يعمل التصوير الضوئي الصوتي: الضوء ينفذ إلى الأعماق، والصوت يحمل الصورة إلى الخارج. في المخطط الجديد، لا توجد مجسات. بدلاً منها، تُطلق عدة أشعة ضوئية رفيعة عبر المنطقة التي مرت بها الموجة.

نادراً ما تدور النجوم الشبيهة بالشمس منفردة. العديد منها ترقص مع رفاق خفيين - الأقزام البنية، وهي أجرام أكبر من الكواكب لكنها أخف من أن تشتعل كنجوم بشكل مستقر. في أعماقها، يشتعل الهيدروجين لفترة وجيزة ثم ينطفئ قبل أن يصل إلى استقرار الشمس. ومع ذلك، في مدارات ذات دورة أقل من خمس سنوات، كانت هذه الأزواج تعتبر شبه مستحيلة.

تبدو السماء ليلًا وكأنها حفنة من الشرر المتشابه. لكن بينها تختبئ عمالقة حقيقيون — العمالقة الحمراء الفائقة. هذه نجوم أعرض بمئات المرات من الشمس، وتضيء بسطوع يجعلها مرئية من مسافات شاسعة. ويبدو أنه لا يوجد أفضل من هذه النجوم كمنارات لخريطة المجرة. لكن حتى وقت قريب، لم يكن علماء الفلك يعرفون سوى بضع مئات من هذه الأجسام — وهو عدد قليل جدًا لتحديد الأذرع الحلزونية.

ضوء الكوازار PS J2305+3714 يصل إلينا بعد رحلة تزيد عن أحد عشر مليار سنة. في طريقه، يمر بالقرب من مجرة ضخمة تعمل جاذبيتها على انحناء مساره، تمامًا كما تُحدث كرة ثقيلة تقوسًا في ملاءة مشدودة. في التلسكوب، لا نرى كوازارًا واحدًا بل صورتين له — وميضين هما في الحقيقة نفس الجسم البعيد.

جدول الحافلات يميل إلى الانحراف: إن لم تتحقق منه في الوقت المناسب، فأنت معرّض لتفويت الرحلة. الكواكب التي تدور حول نجوم أخرى تواجه المشكلة نفسها — لحظات مرورها أمام قرص النجم تتحول تدريجيًا. مشروع ExoClock جمع 30,000 رصد، أُجريت من سطح الأرض ومن الفضاء، لتدقيق جدول عبور 620 كوكبًا خارجيًا — كواكب خارج النظام الشمسي.

قرص درب التبانة النجمي هو كقرص دوار لامع، أما المادة المظلمة فسحابة غير مرئية تحيط به. لأول مرة، تم قياس شكله بدقة. تتبّع علماء الفلك حركة ملايين النجوم وبنوا خريطة ثلاثية الأبعاد لـ الهالة المظلمة حتى مسافة 160 ألف سنة ضوئية.

يلتقط تلسكوب ASKAP في ليلة واحدة بيانات عن ملايين المصادر الراديوية. تتعرف الخوارزميات التلقائية بثقة على النقاط المدمجة، لكنها تعجز أمام البنى الممتدة ذات النفاثات والجسور والفقاعات. جاء المتطوعون للإنقاذ: في المرحلة الأولى من مشروع Radio Galaxy Zoo EMU، أجرى أكثر من 2500 شخص 97 ألف تصنيف لـ 6230 جسمًا معقدًا.