كتب – رامز يوسف:
في أيامنا هذه، يتخلل ظلمة الليل ضوء النجوم. ولكن قبل ولادة النجوم، هل كان الضوء ساطعًا في بداية الكون؟
الإجابة المختصرة هي “لا”. لكن الإجابة المطولة تكشف عن رحلة الضوء الاستثنائية. في البداية، كان ضوء الكون المبكر “محاصرًا”، واستغرق خروجه مئات الآلاف من السنين. ثم استغرقت النجوم حوالي 100 مليون سنة لتتشكل.
بدراسة سرعة واتجاه حركة المجرات، اكتشف عالم الفلك إدوين هابل أن الكون يتمدد. أشار هذا الاكتشاف عام 1929 إلى أن الكون كان أصغر حجمًا في يوم من الأيام، وحسب العلماء في النهاية أن الكون بأكمله كان مُركّزًا في نقطة واحدة كثيفة للغاية قبل حوالي 13.8 مليار سنة، حتى حدث الانفجار العظيم.
قال أندرو لايدن، رئيس قسم الفيزياء والفلك في جامعة بولينج جرين ستيت بولاية أوهايو: “مع الانفجار العظيم، نشأ الفضاء وتوسع، ومعه كل شيء في الكون”.
وأضاف لايدن أن الطريقة الوحيدة التي يمكن أن تتسع بها كل المادة التي تُشكل الكون حاليًا في بقعة صغيرة “هي أن تكون طاقة في ذلك الوقت”. وأوضح لايدن أن معادلة أينشتاين الشهيرة E=mc² كشفت أن الطاقة والكتلة يمكن أن تكونا متبادلتين.
ومع تمدد الكون، انخفضت كثافة طاقته، وبرد. ثم بدأت الجسيمات الأولى بالتشكل خلال الثانية الأولى بعد الانفجار العظيم، وفقًا لمرصد لاس كومبريس. وشملت هذه الجسيمات الفوتونات التي تُشكل الضوء، بالإضافة إلى البروتونات والنيوترونات والإلكترونات التي تُشكل الذرات. وبعد حوالي 3 دقائق من الانفجار العظيم، اندمجت البروتونات والنيوترونات معًا لتكوين نوى الذرات مثل الهيليوم، وفقًا لوكالة ناسا.
وقال لايدن: “تنتشر الجسيمات في حالة الطاقة العالية كالماء في الضباب، وعندما تنخفض الطاقة بما يكفي، تتكثف كقطرات الندى”.
ومع ذلك، على الرغم من وجود فوتونات الضوء منذ الثانية الأولى بعد الانفجار العظيم، إلا أنها لم تكن قادرة على التألق عبر الكون بعد. ويرجع ذلك إلى أن الكون المبكر كان ساخنًا جدًا لدرجة أن “الإلكترونات كانت تتحرك بسرعة فائقة بحيث لم تتمكن النوى الذرية من الاحتفاظ بها في مدار حولها”. كما قال لايدن.
كانت الإلكترونات التي تدور بحرية في الكون المبكر تعني أن الضوء لم يكن قادرًا على الحركة كثيرًا. قال لايدن: “عندما حاول الضوء السفر في خط مستقيم خلال هذه الفترة، كان يصطدم دائمًا بالإلكترونات، لذلك لم يذهب بعيدًا”
ووجد سرينيفاسان راجوناثان، عالم الكونيات في جامعة إلينوي، أوربانا-شامبين، حالة مماثلة داخل الشمس. قال: “يمكنك تخيل فوتون ضوء ناتج عن تفاعلات نووية في مركز الشمس يحاول الخروج إلى سطحها. مركز الشمس شديد الحرارة، ولذلك يوجد الكثير من الإلكترونات الحرة. هذا يعني أن الضوء لا يستطيع الانتقال في خطوط مستقيمة”.
تبلغ المسافة من مركز الشمس إلى سطحها حوالي (696 ألف كيلومتر). تبلغ سرعة الضوء في الفراغ حوالي (300 ألف كيلومتر/ثانية)، ولكن في الشمس، “يستغرق الضوء حوالي مليون إلى 2 مليون سنة لينطلق من مركز الشمس إلى سطحها”، كما قال راجوناثان.
ومع ذلك، بعد حوالي 380 ألف عام من الانفجار العظيم، سمح تمدد الكون للكون بأن يبرد بدرجة كافية لتلتصق النوى الذرية بالإلكترونات. قال لايدن: “عندما يحدث ذلك، تفقد كل تلك الإلكترونات حريتها.. يحدث هذا عند حوالي 2725 درجة مئوية، وهي درجة حرارة سطح نجم أحمر بارد”.
خلال سنوات قليلة، “يتحول كل شيء من حساء ساخن كثيف إلى كون صافٍ حيث ينتقل الضوء بحرية”، كما قال لايدن. “في تلك اللحظة، يمكن للفوتونات الأولى في الكون أن تفلت”.
وأشار لايدن إلى أن الضوء النموذجي للكون عندما كانت درجة حرارته حوالي 3000 كلفن كان يتراوح بين الأشعة تحت الحمراء القريبة والأطوال الموجية المرئية. ومع ذلك، مع تمدد الكون على مدار أكثر من 13 مليار سنة وانخفاض درجة حرارته إلى متوسط درجة حرارة يبلغ حوالي 2.73 كلفن (ناقص 270 درجة مئوية)، امتد ضوء الكون الأول إلى أطوال موجية ميكروويف أطول.
اكتشف علماء الفلك لأول مرة هذا الإشعاع المتبقي من الانفجار العظيم، والذي يُسمى الخلفية الكونية للموجات الميكروية، في عام 1964.
وأسفر تحليل هذه الموجات الميكروية عن العديد من الرؤى. على سبيل المثال، يمكن لقوة جاذبية المجرات أن تشوه الضوء – وهي ظاهرة تُسمى عدسة الجاذبية. قال راجوناثان إن دراسة مقدار التشوه الذي تعرضت له الخلفية الكونية الميكروية في نقاط مختلفة من السماء يمكن أن تساعد العلماء على إعادة بناء البنية واسعة النطاق للكون – ترتيب المجرات والفراغات العملاقة بينها عبر الكون.
بعد انبعاث ضوء الانفجار العظيم، مر الكون بفترة تُعرف باسم العصور المظلمة الكونية. في النهاية، وبعد ملايين السنين، أدت قوة جاذبية سحب الغاز إلى انهيار هذه الكتل من المادة على نفسها.
قال لايدن: “أدى هذا إلى نشوء الجيل الأول من النجوم، واحتوى الكون على مجرات مليئة بالنجوم بعد حوالي مليار سنة من الانفجار العظيم، ليبدأ الفجر الكوني”.
المصدر: Live Science
اقرأ أيضا:
