العبور

التلسكوب، بمنهجية، ليلة بعد ليلة، موجه نحو نجم بعيد. في تدفق ضوئه يختبئ انخفاض بالكاد ملحوظ في السطوع — كوكب صغير بحجم الأرض يحجب جزءًا من القرص النجمي لبضع ساعات. هذا الحدث، الذي يسمى العبور (transit)، يستمر بضع ساعات فقط، ويتكرر مرة في السنة أو أقل. التقاطه يشبه سماع نقرة خافتة واحدة في قاعة صاخبة.

شعاع الضوء، عند مروره بالقرب من جسم ضخم، ينحرف عن مساره المستقيم — وهي ظاهرة تعرف باسم العدسة الثقالية (gravitational lensing). تشبيه تدفق الماء الذي ينحني حول حجر في جدول ينقل الفكرة بشكل جيد: جاذبية الجسم الضخم تحني مسار الفوتونات، تمامًا كما يغير العائق مسار الماء.

ضوء المنارة البعيدة لا ينطفئ فجأة: أولاً يتوهج بشدة، ثم يغرق ببطء في الظلام. هكذا يتصرف النجم النابض بالأشعة السينية 4U 0115+63 — نجم نيوتروني يشتعل من وقت لآخر عندما يسقط عليه غاز من نجم عادي مجاور. النجم النيوتروني هو بقايا نجم ضخم انفجر، وانضغط حتى أصبح بحجم مدينة، ويملك مجالاً مغناطيسياً أقوى بمليارات المرات من مجال الأرض.

حول النجوم الفتية تدور سحب مسطحة من الغاز والغبار — أقراص كوكبية أولية، مهد الأنظمة الكوكبية المستقبلية. في بعضها، تخلو المنطقة المركزية: يُكنس الغاز والغبار وكأن أحدهم خفف منتصف أسطوانة فينيل. يطلق علماء الفلك على هذه الأقراص ذات التجاويف الداخلية اسم الأقراص الانتقالية. للنظر داخل هذه السحب، يحلل العلماء إشعاع الجزيئات.

في نظام نجمي ثنائي، يسحب نجمٌ المادة من جاره. على مر القرون، تستقر هذه المادة على سطح النجم النيوتروني — البقايا فائقة الكثافة لنجم ميت، حيث تزن ملعقة صغيرة من مادته مليارات الأطنان. هذه العملية، المسماة بالتراكم (accretion)، تجري عادةً بسلاسة: تتراكم المادة تدريجيًا، وتتصرف الجاذبية كما تتنبأ النظرية النسبية العامة لأينشتاين، دون مفاجآت.

نجم تابي، منارة في بحر الفضاء، منذ عام 2015 يحير علماء الفلك. ضوؤه يتلألأ ليس بإيقاع الكواكب، بل كما لو كان مبعثرًا بعاصفة — انخفاضات عميقة، طفرات حادة. لكن في وسط هذه الفوضى، ظهر انخفاض منتظم، شبه مثالي. عين العاصفة. سجل تلسكوب TESS عبور (transit) — مرور جسم غير مرئي عبر قرص النجم — استمر لمدة 21 ساعة. بلغ العمق 1,1%.

كل 165 يومًا، يغوص كوكب عملاق نحو نجمه، ليكاد يلامس هالته النارية، ثم يندفع بعيدًا في الفراغ الجليدي. هذا هو TIC 241249530 b — كوكب خارجي بانحراف مداري قياسي 0,94. اكتُشف بفضل فوتومتري تلسكوب TESS ودُقِّق باستخدام التحليل الطيفي، فأظهر انخفاضًا طفيفًا في السطوع أثناء العبور، لكنه كشف عن سعة هائلة في السرعة الشعاعية للنجم.

الكون مليء بالصرخات التي لا نسمعها. في كل مرة يمزق فيها ثقب أسود نجمًا، يولد توهج مبهر، وغالبًا – نفاثة نسبوية ضيقة تمتد عبر آلاف السنين الضوئية. لكن إذا كان هذا الكشاف موجّهًا بعيدًا عن الأرض، فإننا لا نرى إلا انعكاسًا باهتًا – صدى راديويًا يصل متأخرًا.

عندما يمر كوكب بعيد أمام نجمه، فإنه يحجب جزءًا من الضوء لفترة وجيزة. يسمي علماء الفلك هذا العبور ويحكمون من عمق الانخفاض على حجم الكوكب. لكن للضوء خاصية: الأجسام الضخمة تعمل كعدسات. حتى الكوكب العملاق قادر على انحناء أشعة النجم قليلًا — فيصبح الانخفاض أقل عمقًا مما كان متوقعًا.

في أعماق الفضاء، على بعد 95 فرسخًا فلكيًا من الأرض، تَصوغ الطبيعة ساعةً كوكبيةً. نموذج HD 114082 هو نموذج أولي لا يتجاوز عمره 15 مليون سنة. بندولان ثقيلان — الكوكبان الخارجيان b وc — يتأرجحان بالفعل بفترتين تبلغان 225 و314 يومًا، لكن الآلية بأكملها لا تزال مغطاة بغبار البناء من قرص الحطام.

الأشعة الكونية لا تنتقل في خط مستقيم. فالجسيمات المشحونة، التي تسارعت إلى سرعات هائلة، تتعرج في المجال المغناطيسي للمجرة، مثل حبيبات الغبار في تيار الرياح. يُفترض عادةً أنها تتبعثر ببساطة على طول خطوط المجال وعبرها. لكن المجال يحتوي على انحناءات ودوامات تجعل الجسيمات تنزلق أيضًا جانبياً، مثل متزلج ينحدر على منحدر بشكل مائل.

تشبه ولادة الكواكب عمل ورشة كونية. تتصطدم الكتل الصخرية وتنصهر معًا. ينتج عن الاصطدام القوي شرارة — تسخن المادة حتى تصبح بيضاء وتتوهج مثل المعدن الذي يبرد. أظهرت الحسابات الحاسوبية أن الوميض يمكن رؤيته من بضعة أيام إلى عدة سنوات، ويصل في ذروته إلى عُشر ضوء الشمس. تستطيع التلسكوبات الحديثة التي تراقب ملايين النجوم التقاطه.

كوكب WASP-121 b هو عملاق غازي تصل حرارته إلى 2500 درجة مئوية. إنه يواجه النجم بوجه واحد على الدوام، مثل كرة أرضية ثابتة تحت مصباح. ولكن عندما يعبر أمام قرص النجم، يكشف دورانه لنا جوانب مختلفة — كما لو أن هذه الكرة الأرضية تدور ببطء لتسمح لنا بإلقاء نظرة على كل زواياها.

ينزلق كوكب عبر قرص النجم – ويصبح للحظة بمثابة مصباح يدوي. فهو يغطي جزءًا صغيرًا من السطح، مما يتيح رؤية تفاصيل كانت لتختفي عن الأنظار لولا ذلك. وبهذه الطريقة، تمكن علماء الفلك من النظر إلى أعماق البقع الداكنة على نجم V1298 الثور – وهو توأم شاب لشمسنا. وقد ساعدهم في ذلك التلسكوب الفضائي جيمس ويب وثلاثة كواكب عملاقة في مداره. البقع على النجوم ليست مجرد نقاط.

في أواخر التسعينيات، اكتشف علماء الفلك، ومنهم سول بيرلموتر، أن الكون يتوسع بتسارع. أُطلق على السبب اسم الطاقة المظلمة — قوة خفية تدفع الفضاء.

تخيل لاعباً يمشي على حبلٍ مشدودٍ فوق هاوية. كل خطوةٍ تُغير شد الحبل، وأي انزياحٍ طفيفٍ لمركز الثقل قد يكون قاتلاً. هكذا تقريباً تبدو رقصة نجمٍ شبيهٍ بالشمس حول ثقبٍ أسود تبلغ كتلته عشر كتلٍ شمسية، إذا كان المدار شديد الاستطالة. في الحضيض - نقطة الاقتراب الأقصى - تحاول القوى المدية تمزيق النجم، ويتقرر مصير النظام كله بتوازنٍ بديعٍ لنصفي قطر: نصف القطر المدي وتجويف روش.

في مراكز المجرات، حيث ترقد الثقوب السوداء فائقة الكتلة ساكنةً وسط أسراب النجوم، تشتعل أحياناً نيرانٌ ذات قوة هائلة — إنها أحداث التمزق المدي. غير أن بعض هذه الأحداث تسلك سلوكاً غريباً: فهي تتكرر مراراً وتكراراً، وكل توهج جديد يكون أبهت من سابقه. فعلى سبيل المثال، أصدر الجسم eRASSt-J045650 خمس ومضات متتالية، بينما أظهر AT2022dbl عدة ومضات مع خفوت واضح.

منحنى ضوء النجم ليس ضجيجًا فوضويًا، بل نص كتبته النبضات والبقع والتوهج المنتظم للفرن النووي الحراري. أي كوكب ينزلق عبر القرص يترك في هذا النص خطأً مطبعيًا: انخفاض صغير في السطوع يدوم لساعات. تطلبت طرق البحث التقليدية عن الكواكب الخارجية تكرار الخطأ — كلمة تلو الأخرى، دورة تلو الأخرى. لكن ماذا لو عبر الكوكب مرة واحدة فقط خلال سنوات المراقبة؟ هكذا تتصرف نظيرات الأرض المحتملة في مدارات واسعة.

كرة على منحدر ذي حفرتين عادةً ما تتدحرج إلى أقرب حفرة وتسكن. لكن إذا كان المنحدر مشوهًا قليلًا و"يتذكر" الدفعات الأخيرة، فقد تعلق الكرة لفترة طويلة في منتصف الطريق — في مكان ضيق لا ترغب في مغادرته. هذا بالضبط ما فعله الفيزيائيون بالضوء. في التجربة، حُصر الضوء في تجويف بصري أحادي الوضع (single-mode optical cavity) — في الأساس صندوق مرايا تتردد فيه الفوتونات بين الجدران.

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.

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.

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.

التقط تلسكوب TESS صورًا للسماء على مدار عام كامل، لكن المعالجة القياسية كانت تتجاهل النجوم الخافتة. مشروع T16 أخذ نفس الصور ونقّاها من جديد — فنتج 83,717,159 منحنى ضوئي، كأنها مخططات قلب لكل نجم. عبر الانخفاضات في هذه المخططات يُبحث عن كواكب تمر أمام نجمها وتحجبه للحظات.

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.

كوكب ملتصق بنجمه يشبه قطعة ثلج تُركت على مقلاة محمّاة. الثلج يذوب ويتبخر، لكن بدلاً من الماء، يكون الهيدروجين والهيليوم اللذان يشكلان الطبقة العليا من الكوكب. أحياناً يكون التبخر قوياً لدرجة أن الغاز لا يهرب فقط إلى الفضاء، بل يلتف حول النجم مكوناً حلقة تشبه عوامة السباحة. يسمي علماء الفلك هذه الحلقة "توروس"، لكنها ببساطة دونات من الغاز.

مركز المجرة مدينة حيوية، حيث يمسك ثقب أسود عملاق بالنجوم الغافلة في كثير من الأحيان. لكن التلسكوبات التقطت توهجًا في ضاحية هادئة، على بُعد عشرات الآلاف من السنين الضوئية من النواة. هكذا كشف عن نفسه ثقب أسود متجول — مفترس خفي، طُرد من المركز بعد تصادم مجري قديم. مزق نجمًا مارًا، وأظهر وهج الاحتضار عناصر مألوفة — الهيدروجين والهيليوم.

نجم HD 137010 أصبح أخفت قليلًا لمدة عشر ساعات — مثل مصباح هبطت عليه ذرة غبار. التلسكوب K2 رصد هذا في عام 2017، وخلال فترة الرصد كلها حدث ذلك مرة واحدة فقط. أدرك علماء الفلك: كوكب مر أمام النجم. هذه الطريقة للبحث عن العوالم تسمى طريقة العبور. عندما يعبر الكوكب قرص النجم، يخفت النجم مؤقتًا. كلما كان الكوكب أكبر، كان الانخفاض أوضح.

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.

انتقلت عائلة إلى شقة ضيقة في وسط المدينة. إذا كان الانتقال هادئًا، فقد يسكن معهم أقاربهم أيضًا. لكن إذا طُردت العائلة من منزلها القديم بعاصفة، فستجد نفسها وحيدة في الشقة الجديدة. هكذا تقريبًا يحلل علماء الفلك مصير المشتريات الحارة — الكواكب العملاقة التي تدور قريبًا جدًا من نجمها، أحيانًا أقرب من مدار عطارد حول الشمس.

عندما يقترب كوكب من نجمه إلى مسافة حرجة، فإن قوى المد والجزر — الناتجة عن الاختلاف الحاد في الجاذبية بين الجانبين القريب والبعيد للجرم السماوي — تمزقه إربًا. تشعل هذه العملية محرقة كونية: حطام الكوكب يشكل قرصًا متراكمًا متوهجًا حول النجم.

تنطلق مهمّة Comet Interceptor بلا هدف. تتوقّف المركبة في نقطة توازن كوني، كمقاتلة في حالة تأهب: المحرّك ساخن، ولكن الإقلاع لا يكون إلا عند الإنذار. عندما ترصد التلسكوبات مذنبًا جديدًا طويل الدورة، تنطلق المسبار من مكانه وبسرعة هائلة ليمرّ قربه، جامعًا بيانات عن المادة البكر. والآن يريدون تطبيق هذا التكتيك الجريء على الأجسام بين النجمية — المسافرين المقذوفين من أنظمة كوكبية أخرى.

البحث عن الأقمار الخارجية — أي أقمار كواكب النجوم الأخرى — يشبه مراقبة الظلال في مسرحٍ حيث المصباح تارةً ينطفئ وتارةً يشتعل. كوكب Kepler-167e، عملاق غازي قرب نجم ملتهب، اكتشفه ويليام بوروكي وفريقه. الآن، تتبّع «جيمس ويب» عبوره أمام النجم، آملاً في رصد انخفاض ضئيل في السطوع ناتج عن قمر.

عدسة الكاميرا لا تتجاوز حجم عملة نقدية. مثل هذه العدسات تُستخدم في الهواتف الذكية، وهنا رُكبت على المسبار 'هايابوسا-2' للهبوط على كويكب. لكن العلماء طلبوا منها النظر بعيدًا - وطبقت هذه العدسة الصغيرة لأول مرة طريقة العبور (مراقبة كيف يقلل كوكب يمر عبر قرص نجم من بريقه قليلاً) لاكتشاف كواكب خارجية - كواكب تدور حول شموس أخرى.

رصد التلسكوب الفضائي TESS، الذي تتمثل مهمته الأساسية في البحث عن الكواكب الخارجية، أي الكواكب حول نجوم أخرى، 24 انخفاضًا قصيرًا في سطوع النجم RZ Psc. هذه التعتيمات لم تكن ناجمة عن كواكب، بل عن مذنبات — كتل جليدية يتراوح قطرها من 1 إلى 7 كيلومترات، مرت أمام قرص النجم. آلية القياس تشبه كشافًا بعيدًا: الضوء يُحجب للحظات بحصاة صغيرة، وكلما كان الظل أعمق، كان الجسم أكبر.

يوميًا، تخترق جسيمات ذات طاقة هائلة الغلاف الجوي للأرض، وكأنها رسائل مجهولة المصدر. ظل مصدرها لغزًا لفترة طويلة. دراسة جديدة تمكنت من تحديد: هؤلاء "الزوار" يشيرون إلى مجرات مجاورة، حيث تقع كوارث من وقت لآخر — اصطدام نجوم نيوترونية (أجسام فائقة الكثافة بحجم مدينة وكتلة مماثلة لكتلة الشمس).

أربع ساعات وثماني وخمسون دقيقة. بهذا الإيقاع، وكأنه بندول، يمر شيء ما أمام القزم الأبيض ZTF J1944+4557، فيخفت ضوءه بمقدار الثلث، وأحيانًا إلى النصف تقريبًا. هذا القزم الأبيض، وهو بقايا نجمية مضغوطة بعد استنفاد الوقود، يقع في كوكبة الدجاجة، ونبضه غير مستقر: فالعبور تارة يصبح أعمق، وتارة يختفي تمامًا.