تجلس وحيدا فى ظلام دامس...تتطلع إلى السماء فى صمت و رهبة...تبدو امامك كقطعة من المخمل الأسود المرصع بالجواهر و الألماس...الكل يسبح فى فلكه الخاص....و يؤدى أبدع رقصاته الكونية ...فى لوحة فنية بديعة ...جمالها يحبس الأنفاس...قد يبدو لك ان كل شئ يتم بكل هدوء و سلاسة... لكن مهلا.... لا تتسرع فى حكمك على ما تراه من هذا الكون ...لو انتظرت قليلا لعلمت أن ما تراه الآن هو أقل بكثير مما هو متوقع أن تراه...و أن كوننا هذا يحوى جيوب خفية توارى ما لا تراه أعيننا و لا يدركه عقلنا...يحوى أكبر ألغاز البشرية على الإطلاق..."المادة المظلمة"
لغز الكتلة الضائعة
نحن الآن بصدد لغز كبير و محير إلى أقصى درجة...و لتبسيط هذا اللغز ...نبدأ بضرب مثال حى و بسيط من الواقع...فى حياتك اليومية العادية غالبا ما يصادفك موقف مثل فقدان مفاتيح سيارتك أو ضياع أحد مقتنياتك الشخصية...فتكون الخطوة التالية التى تقوم بها بعد ذلك...أن تقوم بالبحث عما هو مفقود منك ...فتبدأ بحثك بالأماكن المحتمل تواجد ما ضاع منك فيها...حتى ينتهى بك المطاف بأن تجده أو لا تجده....لكن ما بالك بجزء من كتلة الكون!....لا تندهش فجزء من كتلة كوننا مفقود حقا و لكن يستعصى علينا البحث عنها بالطريقة سالفة الذكر!!!
يزداد لغزنا تعقيدا و ضرب الامثلة لا يجدى نفعا...إذا يفضل أن نتجه إلى الطريقة التقليدية لسرد وقائع الأمور و نرجع بذاكرة التاريخ إلى الوراء...إلى ثلاثينيات القرن العشرين ،فى ذلك الحين إنصب اهتمام علماء الفلك على مجرات الكون فعكفوا على دراسة حركتها و حساب كتلتها بل و توزيعات هذه الكتلة بداخلها.
بادئ ذى بدء يمكن وزن أى مجرة بطريقة من إثنتين... إما عن طريق قياس مقدار كثافة الضوء أو اللمعان المنبعث من المجرة ...من هنا وبدلالة مقدار هذا اللمعان أو الانبعاث الضوئي يمكن حساب كتلة المجرة. أما عن الطريقة الثانية يمكننا القول أن سرعة دوران القرص المجرى هو العامل الأساسى لإيجاد الكتلة...و لكن كيف و ما معنى هذا الكلام؟
دعونا نأخذ مجرتنا درب التبانة كمثال و لنتعرف عليها عن قرب… نجد انها أشبه بقرص مستدير... مادته الأساسية هى البلايين من النجوم التى قد تكون مراكز لمجموعات شمسية شبيهه بنظامنا الشمسى. لو نظرنا إلى توزيع هذه النجوم فى المجرة نجد أنها تتزاحم و تزداد كثافة بالقرب من مركز المجرة كما تتوزع مئات قليلة منها من أعلى ومن أسفل القرص المجرى( كما فى الصورة).
عند دراستنا لمجرة درب التبانة سوف نفترض جدلا أنها تشبه قرص الحاسوب المدمج و لكى نكون أقرب إلى الواقع سوف نقوم بتصور هذا القرص المدمج و هو يدور و نحن كمجموعة شمسية و سكان لمجرة درب التبانة نعتبر كنقطة على هذا القرص المدمج و ندور معه . بطبيعة الحال فى رحلتنا للدوران حول مركز المجرة،يشاركنا الرحلة نجوم أخرى و يتخذ كل نجم مساره الخاص و سرعته الخاصة به للدوران على حسب بعده أو قربه من المركز فيسبقنا و يبتعد عنا البعض كما يقترب منا و يلحق بنا البعض الآخر. نظرا لطبيعة مجرتنا درب التبانة من تكدس نجومها قرب المركز و قلة تواجدها عند الاطراف إفترض العلماء أن سرعة النجوم قرب المركز لابد و أن تكون أكبر بكثير من سرعة تلك النجوم التى تقع عند الاطراف كما هو الحال فى مجموعتنا الشمسية نجد أن كوكب عطارد هو أكثر الكواكب قربا من الشمس- التى تمثل مركز كتلة المجموعة الشمسية- و هو كذلك أكثر الكواكب سرعة من حيث الدوران حول الشمس و كلما ابتعدنا عن الشمس مرورا بمجموعة الكواكب الداخلية ( عطارد و الزهرة و الارض و المريخ) و صولا إلى مجموعة الكواكب الخارجية ( المشترى و زحل و اورانوس و نبتون) تضمحل سرعة هذه الكواكب بصورة ملحوظة لبعدها الكبير عن مركز الكتلة ..الشمس.
و لكن من أجل اثبات وجهة النظر هذه ، بدأ العلماء بإستغلال ما توفره لهم التكنولوجيا المتاحة ،عن طريق الضوء الواصل الينا من كل نجم لحساب سرعته و اتجاهه سواء أكان مبتعدا أو مقتربا فى ظاهرة تعرف باسم تأثير دوبلر*.
و لكن كما نقول دوما تأتى الرياح بما لا تشتهى السفن فالمشاهدات و القياسات العملية بإستخدام تأثير دوبلر لم تسفر عن النتائج المرجوة ...لم تثبت تطابق الاستنتاج النظرى مع العملى بل أتت بمفاجأة مذهلة و مدمرة لكل الإستنتاجات السابقة و هى أن البعد عن مركز المجرة لم يتسبب فى نقص سرعة دوران نجومها كما هو متوقع بل ظلت السرعة ثابتة على طول نصف قطر المجرة وصولا إلى الأطراف!!!
و تنكشف الحقيقة المظلمة....
أخذ العلماء فى التفكير بعمق كبير فى أسباب بقاء السرعة ثابتة على الرغم من تركز معظم نجوم درب التبانة فى المنتصف و نقصها كلما اتجهانا إلى الأطراف ؟أيعنى هذا أن الكتلة ليست مركزة فى المنتصف كما إعتقدنا؟
أفضى هذا التفكير فى النهاية إلى الإعتقاد بوجود كتل ما غير مرئية بالقرب من أطراف المجرة و هى التى قد سببت توزع الكتلة فى انحاء المجرة و ليس بالقرب من المركز فقط . و لعدم إمكانية رؤية هذه الكتل المجهولة أطلق على ما تحويه من مادة إسم " المادة المظلمةDark Matter " و ذلك لأنها لا تشع أو تعكس أى ضوء و من هنا جاءت لفظة "مظلمة" .
فى عام 1933 كان عالم الفيزياء الفلكية السويسرى الجنسية فيرتز زويكى هو أول من لاحظ تأثير المادة المظلمة عندما قام بدراسة حركة العناقيد المجرية التى تحوى بلايين الحشود من المجرات الغير موزعة بإنتظام. وجد زويكى أن حركة المجرات عند حافة العنقود تكون سريعة للغاية بحيث تفسد استقرار و نظام حركة باقى المجرات و تؤدى هذه السرعة الرهيبة إلى تباعد المجرات عن بعضها و تفكك العنقود لا محالة و لكن الغريب و المثير للدهشة أن العنقود مازال متماسكا و لم تخرج أى من مجراته عن مسارها المألوف...و هو ما قاده إلى التفكير فى شئ يحافظ على جاذبية العنقود بعضه لبعض و يمنع تشتته فى الفضاء و إذا بدأنا فى البحث عن مصدر للجاذبية فنقول و بكل ثقة..."فتش عن المادة" ...فأينما وجدت المادة ...وجدت الجاذبية و لكن لسوء الحظ فمادتنا هنا...مظلمة و غير مرئية.
قرص من الغبار الكونى مشدود من عند الاطراف بفعل جاذبية المادة المظلمة
عناقيد من المجرات ترقد فى قلب المادة المظلمة"الهالات الزرقاء"
استمر العلماء فى اقتفاء أثر المادة المظلمة فى أرجاء الكون مستخدمين فى ذلك طرائق عديدة و تقنيات مختلفة، أحدها هو تأثير فيزيائى يعرف بإسم "تأثير عدسة الجاذبيةGravational Lensing" و هو ببساطة أن الضوء القادم إلينا من المجرات البعيدة يعبر خلال مجموعات مجرية عملاقة كبيرة الكتلة تقوم بعمل العدسات الضوئية فينحنى هذا الضوء رغما عنه و يصل الينا لتلتقطه تلسكوباتنا الارضية و تكون النتيجة صور مشوهه!!
العنقود النجمى Abell 1689
هذا التشوه هو نتيجة طبيعية لانحناء الضوء القادم من بعيد فيقاس مقدار زاوية هذا الانحناء القهرى من هنا يمكننا تقدير كتل المجرات التى قابلها الضوء و تأثر بها و أدت إلى تشوهه. لوحظ تأثير عدسة الجاذبية عند إلتقاط صور للعنقود النجمى "أبيل1689" (لاحظ فى الصورة) كان الإنحناء واضحا فى الصورة و كأنها مرت عبر عدسة مكبرة عملاقة فى الفضاء مما لا يدع مجالا للشك بأن الضوء قد تأثر بكتلة أكبر بكثير من كتلة العنقود و بذلك تكون المادة المظلمة هى السبيل الوحيد لملئ هذا الفراغ الكتلى المفقود.
تأثير عدسة الجاذبية
بتطبيق نفس الحسابات و التجارب العملية على مناطق اخرى فى الكون تبين لنا إنه وضع عام و مشترك فى كل المجموعات النجمية الأخرى و على طول الخط... دائما و أبدا ما نجد نفس الكتلة " المفقودة" التى نعلم يقينا بوجودها و لكننا لا نستطيع رؤيتها أو تبين معالمها!!
بعد أبحاث طويلة تخبئ لنا نتائج مذهلة بكل المقاييس و قد يصدقها البعض و يرفضها البعض الآخر و لكنها واقع يجب أن نسلم به؛ وجد العلماء أن ما كل ما نراه من كوننا هذا من مادة و مجرات و سدم و غبار كونى يمثل فقط نحو 4% من نسبة الموجودات فى الكون!! أما عن النسبة 96% الباقية فهى غير مرئية لنا و لم نستطع الإستدلال على وجودها بأى شئ.
طبيعة المادة المظلمة
بحث العلماء مطولا عن ماهية المادة المظلمة ، و انقسموا فى النهاية إلى حزبين متنازعين .الحزب الاول يؤيد أن المادة المظلمة هى مادة عادية جدا تتكون من بروتونات و نيترونات و الكترونات و لكنها من النوع الذى يمتص كل الضوء الساقط عليه لا تعكس و لا تبث أى قدر منه فلا نرى منها شئ.
أما عن الحزب الثانى فهو يؤيد أن المادة المظلمة هى مادة مجهولة أو من نوع جديد غير مألوف بالنسبة لنا...و بالطبع لكلا الحزبين الحق فى إثبات وجهة نظره و من حقنا نحن أيضا أن نؤيد أو نرفض واحد من الحزبين....فلنستمع إذا الى رأى كليهما...فى السطور القادمة.
حزب المادة المعروفة
يرى البعض أن المادة المظلمة قد تكون ثقوب سوداء أو نجوما نيترونية. و الثقوب السوداء لمن لا يعرفها هى رفات النجوم بالغة الضخمة بعد انهيارها تحت وطئة جاذبيتها الداخلية و نفاذ وقودها الهيدروجينى لتتحول فى النهاية إلى وحش كاسر فى الفضاء فتلتهم كل ما يقع فى مجال جاذبيتها القوى ، حتى الضوء نفسه لا يستطيع الإفلات من براثن الثقب الاسود لذلك نقول أنه "أسود" فهو يمتص الضوء و لا يترك لنا البعض منه لنستدل على وجوده . و الجدير بالذكر أن الجاذبية الهائلة للثقب الاسود لم تأت من فراغ بل هى نتيجة طبيعية لكتلته الغير متناهية و المركزه فى قلبه. لم يتوقف اعتقاد حزب المادة المعروفة عند الثقوب السوداء فقط ، هناك أيضا الأقزام البنية و هم ليسوا أقزام بالمعنى الحرفى للكلمة ، فى الواقع هم أقرب فى الشبه بالنجوم لكن لم يكن لديهم المخزون الوافى من الغاز و الغبار لبدء تفاعلاتهم النووية و تحولهم الفعلى إلى نجوم ، كذلك هم ليسوا بكواكب فكتلة القزم البنى تبلغ ثمانين ضعف كتلة كوكب المشترى. المشكلة هى أن الأعداد المتوفرة من الاقزام البنية فى الكون ليست كافية لتغطى الكميات الهائلة من المادة الظلمة فى الكون. هناك أيضا الاقزام السوداء و هى بقايا النجوم الصغيرة و المتوسطة الحجم و هى كثيرة جدا و أعدادها فى الكون لا يعد و لا يحصى و لكنه أيضا ليس بالعدد الكافى لاثبات كونها المادة المظلمة.
حزب المادة الغير معروفة
يرى علماء الفلك أن المادة المظلمة تكونت منذ زمن بعيد من جسيمات ناتجة عن عملية ميلاد الكون أثناء الإنفجار العظيم هذه الجسيمات يطلق عليها إسم " الجسيمات الكتلية ضعيفة التفاعل WIMPS" . و هذه الجسيمات عظيمة الكتلة و يمكن اعتبارها هى المادة المظلمة و ما يزيد من احتمال صحة هذه النظرية أنها مادة ضعيفة التفاعل مع المادة العادية و يتم حاليا العمل على إثبات وجودها فى ظروف معملية معينة تتم تحت الارض لمحاولة تقليل تأثير الأشعة الكونية على ظروف التجربة . ليست ويمبس WIMPS هى الجسيمات الوحيدة المقترحة هناك أيضا "النيترينوNeutrino " و هو أحد الجسيمات الغير مشحونة الناتجة عن عملية التفاعلات الهيدروجينية الداخلية لدى النجوم مثل الشمس و هو يعد مادة مظلمة لأنه من الصعب اصطياده و الامساك به لملاحظته و قياسه و لكن تجرى دراسات حاليا لأكتشاف اذا ما كان هذا الجسيم ذو كتلة أم لا، فاذا ما اكتشف ان له كتلة فهو بذلك يكون مرشح قوى لكونه المادة المظلمة. و نضيف إلى ما سبق من جسيمات
"الأكسيونAxion " و هو جسيم أقل كتلة من الويمبس و لم يثبت وجوده فعليا حتى الآن مجرد افتراض لم يثبت صحته من عدمه و لكنه رغم ذلك مازال أحد الإقتراحات القائمة!
مصير الكون
يمكن اعتبار المادة المظلمة هى اليد الخفية التى تتحكم فى مصير هذا الكون فإما ان يلقى كوننا حتفه متقلصا على نفسه إلى الداخل نتيجة الجاذبية الشديدة للمادة المظلمة أو أن تكون نهايته فى تشتته و تباعد مجراته بعضها عن بعض الى الخارج لأن كمية المادة المظلمة غير كافية لمنع هذا التشتت المأسوى.
ما زال العلماء يحاولون فك طلاسم المادة المظلمة و خباياها العجيبة و محاولة اكتشاف الجيوب الخفية التى تتخبئ فيها داخل المعطف المخملى لهذا الكون.
*تأثير دوبلرDoppler Effect
نختبر تأثير دوبلر فى حياتنا اليومية دون أن نشعر. عندما تمر بنا سيارة اسعاف مسرعة ، نلاحظ اختلاف فى صوت بوق السيارة قبل و أثناء و بعد ان تمر السيارة المسرعة. و نعزى تفسير ذلك الى اختلاف فى تردد الصوت الواصل الينا نتيجة حدوث انضغاط فى الموجات الصوتية حالما تصطدم بنا عندما تقترب السيارة منا، بينما تتسع انضغاطات الموجات الصوتية فى حالة ابتعادها عنا. ينطبق نفس المبدأ مع الموجات الكهرومغناطيسية و الضوء و من ثم الاستفادة منه فى تحديد سرعة حركة المجرات و النجوم و اتجاه حركتها بقياس تردد الضوء الصادر عنها.
