كتب – رامز يوسف:
لا تزال الطاقة المظلمة لغزًا، ولكن من المحتمل أن تكشف تلسكوبات جديدة قوية عن أدلة، تحت إشراف ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية.
قبل حوالي 13.8 مليار سنة، انفجر الكون إلى الوجود بحدث يُعرف باسم الانفجار العظيم. في لحظة، تمدد الفضاء بمعدل لا يمكن تصوره. بعد هذه الزيادة الأولية، تولت الجاذبية زمام الأمور، فتباطأ التوسع تدريجيًا. لمليارات السنين، بدا الأمر وكأن الكون يتجه ببساطة إلى الخارج. ولكن بعد ذلك، حدث شيء غير متوقع.
بعد حوالي 9 مليارات سنة من الانفجار العظيم، عاد توسع الكون إلى التسارع مرة أخرى – متحديًا الجاذبية التي كان من المفترض أن تبطئه. أدرك العلماء أن بعض القوى غير المعروفة كانت تدفع الفضاء بعيدًا بمعدل متسارع. أطلقوا على هذه الظاهرة الغامضة اسم الطاقة المظلمة.
ما هي الطاقة المظلمة بالضبط؟
الإجابة المختصرة: لا نعرف. لكن ما نعرفه هو أن الطاقة المظلمة حقيقية، وهي تدفع التوسع المتسارع للكون، وتشكل حوالي 68-70٪ من كل شيء موجود.
على الرغم من عدم اكتشاف الطاقة المظلمة حتى أواخر التسعينيات، فإن الرحلة نحو فهم التوسع الكوني بدأت قبل ذلك بكثير. في عام 1912، توصلت عالمة الفلك الأمريكية هنريتا سوان ليفات إلى اكتشاف رائد أثناء دراسة متغيرات القيفاوية – فئة من النجوم التي تنبض في السطوع بإيقاع دقيق.
وجدت ليفات أن دورة سطوع نجم القيفاوية مرتبطة بشكل مباشر بضيائه الفعلي – إجمالي كمية الضوء التي ينبعث منها. أعطى هذا الاكتشاف علماء الفلك أداة قوية: من خلال قياس فترة نبض النجم القيفاوي، يمكنهم حساب مسافته من الأرض.
في نفس الوقت تقريبًا من التاريخ، لاحظ عالم الفلك فيستو سليفر المجرات الحلزونية باستخدام مطياف تلسكوبه، وهو جهاز يقسم الضوء إلى الألوان التي يتكون منها، تمامًا مثل الطريقة التي يقسم بها المنشور الضوء إلى قوس قزح. استخدم جهاز المطياف، وهو اختراع حديث نسبيًا في ذلك الوقت، لرؤية الأطوال الموجية المختلفة للضوء القادم من المجرات في خطوط طيفية مختلفة. بفضل ملاحظاته، كان سليفر أول عالم فلك يراقب مدى سرعة تحرك المجرة بعيدًا عنا، وهو ما يسمى بالانزياح الأحمر، في المجرات البعيدة. أثبتت هذه الملاحظات أنها حاسمة للعديد من الاكتشافات العلمية المستقبلية، بما في ذلك اكتشاف الطاقة المظلمة.
الانزياح الأحمر هو مصطلح يستخدم عندما تتحرك الأجسام الفلكية بعيدًا عنا ويمتد الضوء القادم من تلك الأجسام. يتصرف الضوء مثل الموجة، والضوء الأحمر له أطول طول موجي. لذا، فإن الضوء القادم من الأجسام التي تتحرك بعيدًا عنا له طول موجي أطول، ويمتد إلى “الطرف الأحمر” من الكهرومغناطيسية.
اكتشاف الكون المتوسع
لعب اكتشاف الانزياح الأحمر المجري، والعلاقة بين الفترة والسطوع بين متغيرات القيفاويات، والقدرة الجديدة على قياس مسافة النجم أو المجرة دورًا مهما في ملاحظة علماء الفلك أن المجرات كانت تبتعد عنا بمرور الوقت، ما أظهر كيف كان الكون يتوسع. في السنوات التي تلت ذلك، بدأ علماء مختلفون في جميع أنحاء العالم في تجميع أجزاء الكون المتوسع معًا.
في عام 1922، نشر العالم الروسي والرياضي ألكسندر فريدمان ورقة بحثية تفصل الاحتمالات المتعددة لتاريخ الكون. تضمنت الورقة، التي استندت إلى نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين المنشورة عام 1917، إمكانية توسع الكون.
في عام 1927، نشر عالم الفلك البلجيكي جورج لوميتر، الذي قيل إنه لم يكن على علم بعمل فريدمان، ورقة بحثية تأخذ أيضًا في الاعتبار نظرية النسبية العامة لأينشتاين. وبينما ذكر أينشتاين في نظريته أن الكون ثابت، أظهر لوميتر كيف تدعم المعادلات في نظرية أينشتاين في الواقع فكرة أن الكون ليس ثابتًا، بل إنه في الواقع يتوسع.
أكّد عالم الفلك إدوين هابل أن الكون يتوسع في عام 1929 باستخدام الملاحظات التي أجراها زميله عالم الفلك ميلتون هيوماسون. قاس هيوماسون الانزياح الأحمر للمجرات الحلزونية. ثم درس هابل وهيوماسون نجوم سيفيد في تلك المجرات، باستخدام النجوم لتحديد مسافة مجراتها (أو السدم، كما أطلقوا عليها). قارنا مسافات هذه المجرات بانزياحها الأحمر وتتبعا كيف كلما كان الجسم بعيدًا، زاد انزياحه الأحمر وأسرع في الابتعاد عنا. ووجد الثنائي أن الأجسام مثل المجرات تتحرك بعيدًا عن الأرض بسرعة أكبر كلما كانت أبعد، بما يصل إلى مئات الآلاف من الكيلومترات في الثانية – وهي الملاحظة المعروفة الآن باسم قانون هابل، أو قانون هابل-لوميتر. وأكد الثنائي أن الكون يتوسع حقًا.
ظهور المستعرات العظمى
كان العلماء يعتقدون سابقًا أن توسع الكون من المرجح أن يتباطأ بفعل الجاذبية بمرور الوقت، وهو التوقع الذي تدعمه نظرية النسبية العامة لأينشتاين. ولكن في عام 1998، تغير كل شيء عندما لاحظ فريقان مختلفان من علماء الفلك يراقبون المستعرات العظمى البعيدة، أنه (عند انزياح أحمر معين) كانت الانفجارات النجمية أكثر خفوتًا من المتوقع. قاد هذه المجموعات علماء الفلك آدم ريس وسول بيرلموتر وبريان شميت. فاز هذا الثلاثي بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 2011 عن هذا العمل.
في حين أن المستعرات العظمى الخافتة قد لا تبدو اكتشافًا رئيسيًا، إلا أن هؤلاء الفلكيين كانوا ينظرون إلى المستعرات العظمى من النوع A1، التي من المعروف أنها تتمتع بمستوى معين من السطوع. لذلك كانوا يعرفون أنه يجب أن يكون هناك عامل آخر يجعل هذه الأجسام تبدو أكثر خفوتًا. يستطيع العلماء تحديد المسافة (والسرعة) باستخدام سطوع الأجسام، والأجسام الأكثر خفوتًا تكون عادةً أبعد (على الرغم من أن الغبار المحيط والعوامل الأخرى يمكن أن تتسبب في خفوت الجسم).
وهذا دفع العلماء إلى استنتاج أن هذه المستعرات الأعظمية كانت أبعد كثيرًا مما توقعوا من خلال النظر إلى انزياحاتها الحمراء.
وباستخدام سطوع الأجسام، حدد الباحثون مسافة هذه المستعرات الأعظمية. وباستخدام الطيف، تمكنوا من معرفة انزياح الأجسام نحو الأحمر، وبالتالي مدى سرعتها في الابتعاد عنا. ووجدوا أن المستعرات العظمى لم تكن قريبة كما كان متوقعًا، ما يعني أنها ابتعدت عنا بشكل أسرع مما كان متوقعًا. ودفعت هذه الملاحظات العلماء في النهاية إلى استنتاج أن الكون نفسه يجب أن يتوسع بشكل أسرع بمرور الوقت.
وبينما كانت هناك تفسيرات أخرى محتملة لهذه الملاحظات، استمر علماء الفلك الذين يدرسون المستعرات العظمى البعيدة أو غيرها من الظواهر الكونية في السنوات الأخيرة في جمع الأدلة وبناء الدعم لفكرة أن الكون يتوسع بشكل أسرع بمرور الوقت، وهي الظاهرة التي تسمى الآن التسارع الكوني.
وبينما كان العلماء يبنون قضية تسارع الكون، تساءلوا أيضًا: لماذا؟ ما الذي قد يدفع الكون إلى التمدد بشكل أسرع بمرور الوقت.. هنا ظهر مصطلح الطاقة المظلمة.
4 نظريات لتفسير الطاقة المظلمة؟
في الوقت الحالي، الطاقة المظلمة هي مجرد الاسم الذي أطلقه علماء الفلك على “الشيء” الغامض الذي يتسبب في تمدد الكون بمعدل متسارع.
وصف البعض الطاقة المظلمة بأنها ذات تأثير ضغط سلبي يدفع الفضاء إلى الخارج. ومع ذلك، لا نعرف ما إذا هو تأثير الطاقة المظلمة. هناك العديد من الأفكار المتداولة حول ماهية الطاقة المظلمة. فيما يلي 4 تفسيرات رائدة للطاقة المظلمة. ومن الممكن أن تكون شيئًا آخر تمامًا.
يعتقد بعض العلماء أن الطاقة المظلمة هي طاقة خلفية أساسية موجودة دائمًا في الفضاء تُعرف بطاقة الفراغ، ويمكن أن تساوي الثابت الكوني، وهو مصطلح رياضي في معادلات نظرية النسبية العامة لأينشتاين. في الأصل، كان الثابت موجودًا لموازنة الجاذبية، ما أدى إلى كون ثابت. ولكن عندما أكد هابل أن الكون يتوسع بالفعل، أزال أينشتاين الثابت، واصفًا إياه بأنه “أكبر خطأ ارتكبته”، وفقًا للفيزيائي جورج جامو.
وعندما اكتُشِف لاحقًا أن توسع الكون يتسارع بالفعل، اقترح بعض العلماء أنه قد تكون هناك في الواقع قيمة غير صفرية للثابت الكوني الذي رُفض سابقًا. واقترحوا أن هذه القوة الإضافية ستكون ضرورية لتسريع توسع الكون. وافترضوا أن هذا المكون الغامض يمكن أن يُعزى إلى شيء يسمى “طاقة الفراغ”، وهي طاقة خلفية نظرية تتخلل كل الفضاء.
الفضاء ليس فارغًا تمامًا أبدًا. وفقًا لنظرية المجال الكمومي، توجد جسيمات افتراضية، أو أزواج من الجسيمات والجسيمات المضادة. ويُعتقد أن هذه الجسيمات الافتراضية تلغي بعضها البعض بمجرد ظهورها في الكون، وهذا الفعل المتمثل في الظهور والاختفاء من الوجود يمكن أن يصبح ممكنًا من خلال “طاقة الفراغ” التي تملأ الكون وتدفع الفضاء إلى الخارج.
في حين كانت هذه النظرية موضوعًا شائعًا للمناقشة، قاس العلماء الذين يحققون في هذا الخيار مقدار طاقة الفراغ التي يجب أن تكون موجودة نظريًا في الفضاء. وأظهروا أنه يجب أن يكون هناك إما قدر كبير من طاقة الفراغ بحيث لا يمكن أن تتشكل النجوم أو المجرات، أو … يجب ألا يكون هناك أي شيء على الإطلاق. وهذا يعني أن كمية طاقة الفراغ في الكون يجب أن تكون أصغر بكثير ما هي عليه في هذه التوقعات. ومع ذلك، لم يُحل هذا التناقض حتى الآن واكتسب لقب “مشكلة الثابت الكوني”.
يعتقد بعض العلماء أن الطاقة المظلمة قد تكون نوعًا من سائل الطاقة أو الحقل الذي يملأ الفضاء، ويتصرف بطريقة معاكسة للمادة العادية، ويمكن أن يختلف في كميته وتوزيعه عبر الزمان والمكان. وأطلق على هذه النسخة المفترضة من الطاقة المظلمة لقب الجوهر بعد العنصر الخامس النظري الذي ناقشه الفلاسفة اليونانيون القدماء.
واقترح بعض العلماء أن الجوهر قد يكون مزيجًا من الطاقة المظلمة والمادة المظلمة، على الرغم من أن الاثنين يعتبران منفصلين تمامًا عن بعضهما البعض حاليًا. في حين أن الاثنين يمثلان لغزًا رئيسيًا للعلماء، يُعتقد أن المادة المظلمة تشكل حوالي 85٪ من كل المادة في الكون.
يعتقد بعض العلماء أن الطاقة المظلمة قد تكون نوعًا من العيب في نسيج الكون نفسه؛ عيوب مثل الأوتار الكونية، وهي “تجاعيد” أحادية البعد افتراضية يُعتقد أنها تشكلت في الكون المبكر.
يعتقد بعض العلماء أن الطاقة المظلمة ليست شيئًا ماديًا يمكننا اكتشافه. ولكنهم يعتقدون أن هناك مشكلة في النسبية العامة ونظرية أينشتاين للجاذبية وكيف تعمل على نطاق الكون المرئي. وفي إطار هذا التفسير، يعتقد العلماء أنه من الممكن تعديل فهمنا للجاذبية بطريقة تفسر ملاحظات الكون التي تتم دون الحاجة إلى الطاقة المظلمة. في الواقع، اقترح أينشتاين مثل هذه الفكرة في عام 1919 وتسمى الجاذبية الأحادية النمطية، وهي نسخة معدلة من النسبية العامة يعتقد العلماء اليوم أنها لن تتطلب طاقة مظلمة لفهم الكون.
تلعب وكالة ناسا دورًا حاسمًا في مهمة وكالة الفضاء الأوروبية إقليدس (التي أطلقت في عام 2023)، والتي سترسم خريطة ثلاثية الأبعاد للكون لمعرفة كيف تتفكك المادة بواسطة الطاقة المظلمة بمرور الوقت. ستتضمن هذه الخريطة ملاحظات لمليارات المجرات التي عُثر عليها على بعد يصل إلى 10 مليارات سنة ضوئية من الأرض.
وهناك أيضا تلسكوب نانسي جريس رومان الفضائي التابع لوكالة ناسا، والمقرر إطلاقه بحلول مايو 2027، وهو مصمم للتحقيق في الطاقة المظلمة، من بين العديد من الموضوعات العلمية الأخرى، إضافة إلى إنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد للمادة المظلمة. ستكون دقة رومان حادة مثل دقة تلسكوب هابل الفضائي التابع لوكالة ناسا، ولكن مع مجال رؤية أكبر بمقدار 100 مرة، ما يسمح له بالتقاط صور أكثر اتساعًا للكون. سيسمح هذا للعلماء برسم خريطة لكيفية بنية المادة وانتشارها عبر الكون واستكشاف كيفية تصرف الطاقة المظلمة وتغيرها بمرور الوقت.
بالإضافة إلى مهام وجهود وكالة ناسا، فإن مرصد فيرا سي روبين، وهو قيد الإنشاء حاليًا في تشيلي، على استعداد أيضًا لدعم فهمنا المتزايد للطاقة المظلمة. ومن المتوقع أن يبدأ المرصد الأرضي العمل في العام الحالي 2025.
ستؤدي الجهود المشتركة لإقليدس ورومان وروبين إلى “عصر ذهبي” جديد لعلم الكونيات، حيث سيجمع العلماء معلومات أكثر تفصيلاً من أي وقت مضى حول الألغاز العظيمة للطاقة المظلمة.
بالإضافة إلى ذلك، يهدف تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لوكالة ناسا وهو أقوى وأكبر تلسكوب فضائي في العالم، إلى تقديم مساهمات في العديد من مجالات البحث، وسيساهم في دراسات الطاقة المظلمة.
تهدف مهمة SPHEREx (مقياس الطيف الضوئي لتاريخ الكون وعصر إعادة التأين واستكشاف الجليد) التابعة لوكالة ناسا، والمقرر إطلاقها في 27 فبراير 2025، إلى التحقيق في أصول الكون. يتوقع العلماء أن البيانات التي جُمعت باستخدام SPHEREx، والتي ستمسح السماء بأكملها في ضوء الأشعة تحت الحمراء القريب، بما في ذلك أكثر من 450 مليون مجرة، يمكن أن تساعد في تعزيز فهمنا للطاقة المظلمة.
