عدسة ميكروية لكوكب مارق

كان يُفترض أن تعزف أوركسترا من ست مجرات بعيدة بصخب، لكن لم يكن بينها دور للموجات الصادمة. وجّه علماء الفلك تلسكوب جيمس ويب الفضائي نحوها ليسمعوا الانفجارات الحادة التي يُعتقد أنها ترافق ولادة النجوم، لكنهم عوضًا عن ذلك سجّلوا همهمة منتظمة فقط. تقع كل من هذه المجرات على بُعد شاسع لدرجة أن ضوءها استغرق أكثر من عشرة مليارات سنة للوصول إلينا.

في النوى المجرية النشطة، تُحاط الثقوب السوداء فائقة الكتلة بحلقة كثيفة من الغبار تعمل مثل ستارة: فهي تخفي كل ما يحدث في المركز. إذا اقترب نجم كثيرًا من الثقب الأسود، فإن قوى المدّ تمزّقه إربًا، وعادةً ما يكون الوميض الناتج عن هذا الحدث مرئيًا في الضوء البصري والأشعة السينية.

في عام 2016، رأى الفلكيون شيئاً لا يصدق: نجم بعيد، سُمي إيكاروس، توهج لعدة أسابيع متجاوزاً هاوية الفضاء. حدث العدسية الجاذبية — التأثير الذي تنبأ به أينشتاين: جسم هائل يحني الزمكان ويركز الضوء، مثل عدسة مكبرة عملاقة. عنقود المجرات MACS J1149 ضخم بريق إيكاروس آلاف المرات.

القمر كرة بلا هواء مكونة من فتات صخري كثيف يسمى الثرى القمري (regolith). عندما تصطدم به جسيمات سريعة من الفضاء، تولد في التربة ميونات — أقارب غير مستقرة للإلكترونات، لكنها أثقل منه بمئتي مرة. معظمها يتجه للأسفل وينطفئ في العمق. لكن تلك التي تقفز للأعلى في الفراغ تنجح في قطع عشرات الكيلومترات قبل أن تتحلل. وهذه هي التي يُقترح التقاطها.

في انتفاخ المجرة، حيث يمتزج ضوء مليارات النجوم في وهج متصل، مرّ أربعة عمالقة باردة دون أن يُلاحظوا. لا يمكن رؤيتهم بالتلسكوب — فهم بعيدون جدًا وخافتون للغاية. لكن الجاذبية أدّت دور عدسة كونية: فعندما يمر كوكب كهذا مع نجمه أمام نجم خلفي أكثر بُعدًا، يحني الزمكان ويركّز الضوء، تمامًا كما تضخّم قطرة مطر على زجاج النافذة لهب شمعة خارجها.

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.

شبيهة بأجرام معلقة في سرير الطفل بخيوط تستجيب لأي هبة هواء، الكواكب التي تدور في مدارات واسعة جداً بالكاد تمسكها جاذبية نجمها — فتحس بأدنى «نسمات جاذبية». اقترح الفلكيون تحويل هذه الكواكب إلى كواشف لـالمادة المظلمة. هذه المادة الخفية لا تشع ضوءاً، لكنها بجاذبيتها تتحكم في حركة النجوم والمجرات.

اقترب كوكب بحجم نبتون كثيرًا من نجمه. يبدأ النجم في جذب الطبقات العليا من الكوكب نحو نفسه، ويتدفق الغاز منه مثل الماء من دلو ممتلئ. تُعرف هذه العملية باسم التدفق عبر فص روش (Roche lobe)، وهو الحد الذي يمكن للنجم بعده أن يمزق المادة من الكوكب. اتضح أن ضخ الغاز هذا لا يدمر الكوكب فحسب، تاركًا نواة كثيفة، بل يعمل أيضًا كمثبت ضخم.

شخص في صورة قديمة يقف وسط حشد ويدور في نفس الوقت — شبه مستحيل تخمين عمره. هكذا تقريبًا يحدد علماء الفلك عمر وكتلة النجوم البعيدة، وكثيرًا ما يخطئون. بالنسبة للنجوم الأثقل قليلًا من الشمس (من 1.4 إلى 2.5 كتلة شمسية)، فإن الطرق المعتادة مثل "الساعات" القائمة على التركيب الكيميائي لا تعمل جيدًا.

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.

يُخطط لإرسال مسبار بحثي إلى أقرب ثقب أسود — منطقة في الزمكان ذات جاذبية لا تطلق حتى الضوء. مئة عام من الطيران، ثم يدخل المسبار في مدار حول الجسم الغامض ليجيب على السؤال الجوهري: ما الذي أمامنا — ثقب أسود أم نجم نيوتروني — بقايا نجم ضخم فائقة الكثافة، مضغوطة حتى كثافات نووية؟ الثقب الأسود لا سطح له — مجرد هاوية جاذبية لا قاع لها، بينما للنجم النيوتروني قشرة صلبة من مادة…

ضوء كوكب بعيد، مُحلَّل إلى ألوان، يقفز فجأة بشكل حاد عند الحد الفاصل بين الأحمر والأشعة تحت الحمراء غير المرئية — وكأن أحدهم ضغط على مفتاح. هكذا يُظهر الحافة الحمراء للنباتات نفسها: الكلوروفيل شفاف للأشعة تحت الحمراء القريبة، والورقة، هربًا من ارتفاع الحرارة، تعكسها بعيدًا.

يستغرق الضوء القادم من مجرة التنين البعيدة أكثر من سبعة مليارات سنة للوصول إلينا. في طريقه، يمر بجوار عنقود مجرات ضخم تعمل جاذبيته على انحناء مسار الضوء، مثل العدسة. لذلك تبدو لنا المجرة أكثر سطوعاً وأكبر مما هي عليه في الواقع — تماماً كما تكبّر العدسة المكبرة النص الصغير. داخل هذه العدسة الكونية توجد أيضاً نجوم منفردة.

السحابة المضيئة في التلسكوب تشبه خصلة ضباب على وشك أن تتبدد. السُدُم الكوكبية هي أغلفة غازية تقذفها النجوم المحتضرة. السُدُم الفتية تكون ساطعة ومتراصة، لكن مع تقدم العمر تتمدد وتبرد وتصبح أكثر شفافية حتى تختفي في الوسط البينجمي. تمكن هواة الفلك من التقاط ثلاثة من هذه «الأشباح». باستخدام تلسكوبات صغيرة مع مرشحات ضيقة النطاق وتعريضات طويلة جدًا في سماء ريفية مظلمة، صوروا سُحُبًا بالكاد تُرى.

النجم النابض هو نجم ميت يدور بسرعة هائلة ويطلق نبضات راديوية مثل المنارة. لكن بالنسبة إلى PSR J1928+1815، تنطفئ الإشارة أحيانًا لمدة 3.6 ساعة. شيء ما يحجب المنارة. يدور حول النجم النابض نجم رفيق، ويلقي بظله علينا. لفترة طويلة، اعتقد العلماء أن الرفيق هو نجم هيليوم عارٍ: نواة نجم سابق فقدت طبقاته الخارجية.

تقريبًا لمدة قرن، يبحث علماء الفلك عن المادة المظلمة - الهيكل غير المرئي الذي يحافظ على تماسك المجرات. أول من تحدث عنها كان فريتز زفيكي، وأثبتت فيرا روبين وجودها، موضحةً أن النجوم على أطراف المجرات تتحرك بسرعة كبيرة جدًا.

أثناء العاصفة الرعدية تعمل السماء كبطارية عملاقة: تتراكم الشحنة الكهربائية في السحابة، ويُفرّغها البرق. هذه الشحنة غير مرئية، لكن الجسيمات الكونية — الميونات التي تتساقط باستمرار على الأرض من الفضاء — تشعر بها. فعندما يمر الميون عبر سحابة مشحونة، يتسارع أو يتباطأ قليلًا، ومن هذه التغيرات يمكن استنتاج الجهد الكهربائي في السحابة.

أطلق عليها علماء الفلك اسم "النقاط الحمراء الصغيرة" — وهي مجرات بعيدة تختبئ في نوىها ثقوب سوداء فائقة الكتلة محاطة بغلاف كثيف من الهيدروجين . هذا "التغليف" ليس مجرد تمويه كوني، بل آلية تسريع طبيعية. الثقب الأسود، أثناء ابتلاعه المادة من قرص التراكم، يقذف جزءًا منها مرة أخرى على شكل نفاثات نسبية ضيقة.

في الليل، ومض نجم على حافة السماء فجأة وأصبح أكثر سطوعًا لبضعة أيام. لم يكن انفجار نجم ولا مرور سحابة — بل كوكب غير مرئي مر بينه وبين الأرض. بثقله، ثنى ضوء النجم البعيد، مثلما تجمع عدسة النظارات شعاع الشمس. يسمي علماء الفلك هذا بالعدسية الميكروية (microlensing)، وبهذه الطريقة تمكنوا من التقاط كوكب لا يمكن رؤيته بطريقة أخرى.

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.

تم اكتشاف الكوكب المعزول KMT-2024-BLG-0816، وهو واحد من العديد من الكواكب الحرة الطليقة — أي الأجرام ذات الكتلة الكوكبية غير المرتبطة جاذبيًا بأي نجم — بفضل تأثير العدسة الدقيقة الجاذبية. فعندما مرّ الكوكب غير المرئي أمام نجم خلفي بعيد، ثنّى كتلته نسيج الزمكان، فعمل مثل كرة زجاجية تجمع ضوء مصباح وتضخّمه.

في الظلام البارد للفضاء بين النجوم، تنجرف ملايين الكواكب الخارجية المارقة — عوالم غير مرتبطة جاذبيًا بأي نجم. يكاد يكون اكتشافها مباشرة مستحيلًا: فهي لا تصدر ضوءًا خاصًا بها ولا تضيئها شمس أم. ومع ذلك، عندما يمر مثل هذا المتجول أمام نجم خلفي بعيد، فإن مجاله الجاذبي يحني مسار أشعة النجم، ليعمل كعدسة كونية.

تخيل نجمًا يرقص رقصة الفالس مع شريك غير مرئي: تذبذباته الإيقاعية الناتجة عن جاذبية رفيقه تُسجلها الأجهزة، لكن الشريك نفسه يفلت من الرصد. عادةً ما تكون هذه التذبذبات ناتجة عن الانزياح الدوبلري (تغير تردد الضوء بسبب حركة النجم)، والذي يكشف عن وجود كوكب.

وصف العلماء نوعًا جديدًا من النجوم غير المرئية التي تتصرف كعدسة تتنفس. يتكون هذا النجم من جسيمات بوزونية فائقة الخفة (لم تُكتشف بعد). جاذبيته تسبب انحناء الزمكان — وهذه هي العدسة التي تتمدد وتنكمش بإيقاع، كأنها تتنفس. عندما يقع نجم حقيقي في البؤرة المتحركة لهذه العدسة، يتضخم ضوؤه بشدة — وينشأ توهج فوتومتري.

التقط تلسكوب جيمس ويب آلاف الأطياف لمجرات بعيدة — بصمات ضوئية لألوانها. ولكي لا يغرق الفلكيون في هذا التنوع، أسندوا إلى برنامج مهمة فرز هذه الاكتشافات. لكنه تصرّف كعالم طبيعة على شاطئ مجهول: دون معرفة مسبقة بالأنواع التي قد يصادفها، قام بتصنيف الأجسام حسب تشابهها الظاهري. بدلًا من الأصداف، كانت الأنماط الطيفية.