احمرار

صورة المجرة البعيدة الملتقطة من الأرض تشبه النظر عبر زجاج مصنفر: الغلاف الجوي يشوش التفاصيل، ويظل البنية الداخلية مخفيًا. لطالما أراد علماء الفلك معرفة أين بالضبط يتوقف تشكل النجوم في المجرات، لكن التلسكوبات الأرضية لم تسمح برؤية التدرجات اللونية الدقيقة. الآن، تعلمت شبكة عصبية إزالة هذا الضباب، مستعادة الوضوح بالاستناد إلى نماذج من الصور الفضائية.

ضوء المجرة البعيدة يخترق غبارها الخاص ليصل إلينا. هذا الغبار ليس ضبابًا متجانسًا، بل سحب ممزقة تشبه قطع القطن. النماذج القديمة اعتبرته ضبابًا موحدًا، وعندها لم تكن المجرة متوازنة الطاقة: الكثير من الضوء كان يختفي في الأشعة فوق البنفسجية، والقليل جدًا يعود في الأشعة تحت الحمراء.

يواجه علماء الكونيات موقفًا طريفًا: أداتان موثوقتان ترسمان خرائط مختلفة قليلاً لنفس الكون. إحداهما هي خريطة الضوء القديم (إشعاع الخلفية الكونية)، والأخرى هي خريطة توزيع المجرات. بشكل عام، هما متفقان، لكنهما يختلفان في التفاصيل. تُظهر المجرات أن كمية المادة حولنا أقل قليلاً مما يتنبأ به الضوء القديم.

في الحقل العميق لـ جيمس ويب، بين آلاف المجرات، تأمل علماء الفلك المصدر JADES-GS 209777 — ورأوا فرخًا كونيًا. 'قشرته' هي غلاف سميك من الغاز والغبار الكوني (cosmic dust) الذي طالما أخفى الثقب الأسود المتنامي في المركز. ولكن على انزياح أحمر (redshift) قدره 3,711 (بعد 1,8 مليار سنة من الانفجار العظيم) تشققت القشرة.

في الكون المبكر، بعد بضع مئات من ملايين السنين فقط من الانفجار العظيم، يرصد الفلكيون أجساماً غريبة: نقاطاً حمراء صغيرة. إنها مدمجة وحمراء، وفي أطيافها تصرخ خطوط بالمر العريضة بوجود ثقوب سوداء فائقة الكتلة.

مدينتان تعرضتا لسلسلة من الحرائق. في إحداهما، تبعثر الرياح الرماد بعيدًا إلى ما وراء الأطراف، فتبقى السماء صافية. وفي الأخرى، يترسب الرماد كستار كثيف يصبغ الغروب بلون قرمزي. تقريبًا هكذا، لكن على نطاق المجرات، تعمل انفجارات المستعرات العظمى (supernovae) — الومضات الأخيرة للنجوم الضخمة. عندما تتوالى انفجارات المستعرات العظمى في تجمع نجمي فتي، تندمج موجات صدمتها في تيار قوي.

قبل عشرة مليارات سنة، كان الكون مليئًا بشرارات قرمزية غريبة. رصدها تلسكوب جيمس ويب في صور الأعماق السحيقة عند انزياحات حمراء بعيدة — مصادر مدمجة تتوهج كـمجرات بأكملها، لكن بحجم منطقة صغيرة جدًا في مركزها. أطلق عليها الفلكيون اسم «النقاط الحمراء الصغيرة». وظلت طبيعتها عصية على التفسير طويلًا.

لغز وادي الأقطار — الانخفاض الحاد في عدد الكواكب الخارجية التي يبلغ نصف قطرها نحو 1,8 من نصف قطر الأرض — يُؤرِّق علماء الفلك. ترسم أرصاد العبور من كيبلر وTESS، وجيمس ويب، فجوة واضحة: الكواكب الأرضية الهائلة الصخرية والكواكب النبتونية الصغيرة الغازية تفصل بينها هوة تقريبًا.

عندما أمعن JWST النظر في الكون الفتي عند انزياحات حمراء تتراوح بين 6 و10، اكتشف تناثراً من 'النقاط الحمراء الصغيرة' (LRD) الغامضة. جمعت هذه الأجرام بين سمات المجرات والنوى النشطة، لكن أطيافها رفضت الانصياع للأنماط المألوفة. كانت مدمجة، قرمزية، تشع بقوة هائلة - وبدا وكأنها تنتهك قوانين نمو الثقوب السوداء.

في ليل الكون اللامتناهي، تلتقي المجرات في رقصة جاذبية بطيئة لتندمج معاً. ليست هذه التصادمات كالصدمات الأمامية، بل أشبه بحركة أصابع بطيئة عبر الماء تاركةً خلفها دوامات وذيولاً. طويلاً ما تجادل الفلكيون: هل توقظ هذه الكوارث الكونية الثقوب السوداء فائقة الكتلة في مراكز المجرات — النوى النشطة؟ دراسة جديدة تضع حداً: نعم، ولكن مع تحفّظ مهم.

المستعرات العظمى من النوع Ia هي الأوتار الأخيرة المبهرة في سيمفونية التطور النجمي: عندما يتجاوز قزم أبيض الحد الذي تنبأ به سوبراهمانيان تشاندراسخار، ينفجر بسطوع يعمي للحظة مجرة كاملة.

عندما وجّه تلسكوب جيمس ويب الفضائي نظره إلى أعماق الزمن، توقع الفلكيون رؤية المجرات المعتادة. ولكن بدلاً من ذلك، تزيّنت الصور بمجموعة من النقاط الحمراء الساطعة والمدمجة بشكل لا يُصدق. هذه الأجسام، التي حصلت على لقب «النقاط الحمراء الصغيرة» (LRD)، لم تكن مدنًا نجمية، بل شيئًا أكثر غرابة – أشبه بفوانيس سماوية صغيرة، يحتدم بداخلها لهيب مخفي عن الأنظار.

نظر تلسكوب جيمس ويب الفضائي إلى عصر كان عمر الكون فيه أقل من مليار سنة، واكتشف هناك مئات الأجسام الغريبة. صغيرة لكنها شديدة السطوع، تتألق بلون أحمر عميق — كالجمرات الملتهبة المتناثرة على مخمل الفضاء الأسود. هذه «النقاط الحمراء الصغيرة» (LRDs) تتحدى الصورة المتناسقة لنشأة النجوم والمجرات الأولى.

كشفت صور تلسكوب «جيمس ويب» الفضائي عن توهج شديد بشكل غير متوقع من المجرات الأولى — أنظمة نجمية هائلة تشكّلت بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم. تخيّل: المحمصة تُحمّر شريحة الخبز في دقيقة، بينما يحتاج الفرن إلى ساعة كاملة لخبز رغيف — والنتيجة، في جوهرها، متشابهة.

من بين الكنوز المتناثرة للكون المبكر التي التقطها جيمس ويب، توجد أجرام تشبه خرزات ياقوتية متناثرة على مخمل أسود. إنها «النقاط الحمراء الصغيرة» (LRD) — مصادر مدمجة ذات أطياف حمراء حادة، تختبئ بداخلها ثقوب سوداء فائقة الكتلة تصل إلى مئة مليون كتلة شمسية. إنها أشبه بشرانق مجرية، مغلّفة بشرانق كثيفة من الغاز والغبار.

شارع بُنيت فيه منازل للتو. بعضها يلمع بنوافذ نظيفة، وبعضها الآخر يغطيه غبار البناء. هكذا تقريباً كانت تبدو المجرات عندما كان عمر الكون بضع مئات الملايين من السنين فقط. نظر التلسكوب الجديد «جيمس ويب» إلى تلك الحقبة ورأى عشرات الجزر النجمية الساطعة. لم يكن العدد هو المفاجئ، بل مدى اختلافها. بعض المجرات كانت تتوهج بضوء أزرق نقي – لم يكن فيها غبار تقريباً.

المجرة البعيدة تظهر دائمًا أكثر احمرارًا مما هي عليه في الواقع. هذا ما يفعله الغبار الكوني — جسيمات صلبة متناهية الصغر تعمل على تشتيت الأشعة الزرقاء بقوة أكبر من الحمراء، مثل الضباب عند الغروب. قاس علماء الفلك هذا التأثير لعشرات الآلاف من المجرات باستخدام أداتين قويتين.

نجمان يدوران حول بعضهما البعض، كراقصين في رقصة الفالس البطيئة. هذه الرقصة ليست أبدية: يقترب الشريكان تدريجياً حتى يصطدما ويندمجا في كيان واحد. في تلك اللحظة بالذات يولد المستعر الأحمر الجديد — وميض يتوهج في السماء لعدة أسابيع، ثم يخفت ببطء، مغلفاً بسحابة كثيفة من الغبار. المستعر العادي هو عندما يسقط المادة على قزم أبيض (نجم كثيف جداً وحار بحجم الأرض).

سجّل تلسكوب جيمس ويب في الكون الفتيّ عددًا كبيرًا من المجرات الساطعة. إشعاعها فوق البنفسجي لم يكن تقريبًا يُمتص بواسطة الغبار الكوني – وهو جسيمات صلبة متناهية الصغر منتشرة في الفضاء بين النجوم – خلافًا للتوقعات السابقة.

مصباحان في واجهة عرض: أحدهما يضيء بضوء مزرق بارد، والآخر أكثر دفئًا وأصفر قليلًا. هكذا تقريبًا يبدو النوعان من المستعرات العظمى — Ib وIc — عندما ينظر إليهما علماء الفلك عبر التلسكوب. كلاهما يندلع في نهاية حياة نجم ضخم نجح في نزع غلافه الهيدروجيني، مثلما تفقد زهرة الهندباء زغبها. لكن أحدهما يحتفظ بقليل من الهيليوم، بينما الآخر لا يحتفظ تقريبًا بأي شيء.

إدوين هابل وجورج لومتر وضعا قبل قرن تقريبًا أسس مفهوم توسع الكون — وهي العملية التي يتمدد فيها الفضاء نفسه بين المجرات باستمرار. إحدى الطرق الكلاسيكية لاختبار هذه الفرضية هي اختبار السطوع السطحي: في الكون المتوسع، يجب أن يخفت ضوء المجرة البعيدة مثل رسم على غشاء يتمدد بشكل منتظم.

في الشبكة الكونية الشاسعة، رصد تلسكوب جيمس ويب شيئًا غير عادي — شرارات حمراء صغيرة ولكن ساطعة، أطلق عليها علماء الفلك اسم «النقاط الحمراء الصغيرة». إنها تتوهج وكأن نارًا خفية تغلي في داخلها: طيفها يشبه حرف V، وخطوط الهيدروجين فيها متسعة، وكأن أحدهم لطخ الطلاء على لوحة.

في قرص من الغاز والغبار حول نجم فتي، تتصرف جزيئات الغبار مثل حبيبات الرمل في تيار الماء: يتدفق الغاز أسرع، ويتخلف الغبار، وينشأ بينهما احتكاك. هذا الاحتكاك يمكن أن يهز الموجات المغناطيسية التي تجري عبر القرص. المجرة مليئة بمثل هذه الأقراص — ففيها تولد الكواكب.

في الفضاء السحيق توجد مجرات أطلق عليها علماء الفلك اسم "النقاط الحمراء الصغيرة": تبدو في الصور كنقاط صغيرة محمرّة، رغم أنها تقع على مسافات هائلة منا. يبدو ضوءها أحمر ليس لأنها باردة، بل لأن الكون يتمدد فيمدد أطوال الموجات الضوئية. لكن ما الذي يجعل هذه المجرات تتوهج بهذا السطوع ظل لغزًا.

ضوء النجم البعيد يخترق الغبار مثل شعاع مصباح يدوي يخترق الضباب. الغبار يحجب الأشعة الزرقاء أكثر من الحمراء، فيبدو النجم أكثر احمرارًا مما هو عليه في الواقع. ومن هذا الاحمرار يستدل علماء الفلك على كمية الغبار الواقعة في مسار الضوء. في الدراسة الجديدة، استُخدمت نجوم نابضة من نوع RR Lyrae — يتغير سطوعها بشكل دوري صارم، مثل ساعة بندول.

مصباح يدوي ملفوف بشريط لاصق أحمر على جوانبه يضيء باللون الأبيض مباشرة وباللون المحمر من الجانب. هذا هو الحال تمامًا مع النوى المجرية النشطة: في المركز يوجد ثقب أسود فائق الكتلة محاط بقرص من الغاز الحار وغبار كوني. يتراكم الغبار في مستوى القرص. عندما ننظر من الأعلى - نرى وهجًا أزرق ساطعًا.

قبل ظهور النجوم بزمن طويل، كان الكون مليئًا بالهيدروجين البارد. هذا الغاز يعرف كيف "يغني" — يصدر موجات راديوية بطول 21 سنتيمترًا. عندما أضاءت النجوم والمجرات الأولى، بدأ ضوءها فوق البنفسجي في نزع الإلكترونات من ذرات الهيدروجين، محولاً الغاز المتعادل إلى غاز مؤين. بدأ غناء الهيدروجين يخفت، ولكن ليس في كل مكان دفعة واحدة، بل في بقع — حيث كان الضوء أكثر.

عادة ما يعني الجرم الأحمر البعيد شيئاً واحداً: أمامنا ستار من الغبار فوق قرص ملتهب يسقط في ثقب أسود. لكن عندما قام جيمس ويب بتحليل ضوئه إلى أطيافه، ظهر ظل بداخله – تماماً كما يعترض بخار الماء المغلي الأشعة. هذا يكشف عن درجة الحرارة: الغاز المتوهج ليس شديد الحرارة لدرجة البياض، بل دافئ فحسب، حوالي 2000-4000 درجة مئوية.

إشعاع الخلفية الكونية هو توهج خافت بقي بعد الانفجار العظيم، مثل أثرٍ يبرد من جمرة نار. وفيه مشفرة موجات ثقالية ربما نشأت في أجزاء من الثانية الأولى، عندما تمدد الكون أسرع من الضوء. لكن بيننا وبين هذا الضوء القديم يعلق غبار مجرتنا. فهو أيضًا يصدر إشعاعًا مستقطبًا — أي ضوءًا تهتز موجاته في اتجاه معين.

عندما ينفجر توهج سيني على نجم نيوتروني، ترتفع حرارة غلافه الجوي إلى ملايين الدرجات. الضوء الذي نلتقطه بالتلسكوبات يمر عبر هذه الطبقة الكثيفة من الغاز، ويتغير بشدة في طريقه. يصبح الطيف مختلفًا عن طيف الفرن المثالي: بعض الألوان تزداد قوة، وبعضها يخفت. بنى علماء من لوس ألاموس نموذجًا حاسوبيًا يكرر هذه الرحلة خطوة بخطوة.

ضوء مصباح الشارع، عند مروره عبر ستائر معتمة، يتراقص: تتحرك الخطوط، ويشتد السطوع تارة ويخفت تارة أخرى. من هذا الإيقاع يمكن تخمين مدى اتساع المصباح نفسه. تقريبًا هكذا تعمل الطريقة الجديدة لقياس النجوم: بدلًا من التقاط صورة واضحة، يراقب الفلكيون "تموج" الضوء الذي تجمعه تلسكوبان أو أكثر في آن واحد.

تلسكوب جيمس ويب ألقى نظرة على الكون المبكر ورأى العديد من النقاط الحمراء الغامضة. لم يكن توهجها يشبه المجرات المألوفة أو النجوم. كان الحل غير متوقع: إنها ثقوب سوداء نامية، وُلدت دون أن تمر بمرحلة النجم. سحابة الهيدروجين، متجاوزة مرحلة النشوء النجمي، تنهار مباشرة إلى عملاق كوني.

يشبه العملاق الأحمر بالونًا يطلق الهواء ببطء. يتمدد النجم، وتضعف طبقاته الخارجية، وتحمل الرياح النجمية الكتلة إلى الفضاء. لكن ما مقدار ما يفقده النجم بالضبط؟ هذا سؤال مهم: فالإجابة عليه تحدد ما سيكون عليه بقاياه — قزمًا أبيض، أو نجمًا نيوترونيًا، أو ثقبًا أسود. وجد علماء الفلك طريقة لقياس فقدان الكتلة دون متابعة النجم لقرون.

وجّه الفلكيون تلسكوب جيمس ويب نحو ثلاث مجرات يقطع ضوؤها مسافة 12 مليار سنة. أشارت البيانات الأولية إلى نمو سريع لا يُصدق — كأن رضيعاً بلغ طول شخص بالغ في عام واحد، مما يتعارض مع تمدد الكون.

يحمل الضوء القادم من المجرات البعيدة وصفة خفية - رمز لوني يكشف العناصر الموجودة بداخلها. لعقود، استخدم الفلكيون حيلًا مألوفة لفك شفرته، لكن تلسكوب جيمس ويب الفضائي يُظهر أن هذه الحيل تفشل مع المجرات الأولى. في ثلاث مجرات قديمة، وجد الباحثون عُقدًا غازية فائقة الكثافة مخبأة داخل سحب الهيدروجين الشاسعة.

بفضل عدسة الجاذبية — التأثير الذي تنبأ به فريتز زفيكي، حيث تعمل مجموعة من المجرات كعدسة مكبرة – وهو مبدأ بصري أسسه العالم المسلم ابن الهيثم –، رصد تلسكوب جيمس ويب نقطتين حمراوين في مجرة عمرها 800 مليون سنة بعد الانفجار العظيم.

بعض النجوم تنطفئ مثل الألعاب النارية المعيبة: فبدلاً من الانفجار المضيء، تظهر سحابة من الدخان. عادةً ما ينهي النجم الضخم حياته بانفجار مستعر أعظم، تاركاً وراءه ثقباً أسوداً. لكن أحياناً لا يحدث انفجار: فالنجم ينضغط مباشرة إلى ثقب أسود، ويكاد لا يُلاحَظ ذلك.

رصد تلسكوب جيمس ويب في الكون المبكر 'نقاطاً حمراء' — أجراماً كثيفة بعرض عشرات السنوات الضوئية. أظهر التحليل الطيفي لضوئها أنه لون الهيدروجين. لكنها تكاد تكون غير مرئية في الأشعة السينية، وكأنها كشاف ضوئي قوي مُلفّع بستارة غازية متعددة الطبقات.

منزلان بواجهتين متشابهتين لكن بتصميم داخلي مختلف: من الخارج الطيف على شكل V متشابه، لكن من الداخل مصادر ضوء مختلفة وكميات غبار مختلفة. هكذا تبدو مجموعتان من المجرات البعيدة التي ظل علماء الفلك يخلطون بينها لفترة طويلة. الأولى: النقاط الحمراء الصغيرة (LRD)، وهي مجرات مدمجة محمرّة في الكون المبكر اكتشفها تلسكوب جيمس ويب.