فيزياء الكون

الكـون  / يقصد بلفظة الكون مجموع الموجودات الكائنة من مختلف صور المادة والطاقة والزمان والمكان وما تتشكل عليه من كافــــة الجمادات والأحياء...

.. و الاجرام السماوية ، المدرك منـــها حسياً وغير المدرك ، بأشكالها وأحجامها وكتلها وصفاتها وحركاتها وقـــوى الترابط بينها وتركيبها الكيميائي وصفاتها الفيزيائيـــــة والهيئات المختلفة التي تنتظمها وكيفية نشأتها وتاريــخها والمصــــير الذي ينتظرها، وعلى هذا تنقسم الدراسات الكونية إلى قسمين هما علم الكون  Cosmology ، وعلم أصل الكون  Cosmogenesis  وهما من المعارف الكلية التي ينطوي تحتها فروع عديدة من الدراسات المتعلقة بالكون Cosmic

النجوم Stars
=======
تحتوي مجرتنا على ما يقرب من 100 بليون نجم  ولا تعتبر شمسنا أكبر هذه النجوم أو أصغرها , بل تعد وسطا بينهما . 1-فهناك من النجوم ما يفوق حجمه حجم شمسنا مئات الآف المرات , وهو ما يطلق عليه إسم النجوم العمالقة

 -2. وهناك من النجوم ما يزيد حجمه عن حجم الشمس مئات الملايين المرات , بل وقد يصل حجمه بلايين حجم الشمس . وهذه النجوم يطلق عليها إسم النجوم فوق العمالقة  

3-وعلى العكس , يوجد نجوم تصغر عن شمسنا  حجما ألاف المرات يطلق عليها الاسم الذي تستحقه وهو النجوم الاقزام  
4-بينما يوجد نجوم تصغر شمسنا ملايين المرات , إذ يبلغ حجمها مثل حجم الارض  , هذه النجوم يطلق عليها إسم الاقزام البيضاء      .
 

المجرات Galaxies
===========
المجرات عباره عن نظام نجمي مرتبط مع بعضه البعض ويتحرك في الفضاء  ككتله واحده مع إختلاف حركة أجزائه الداخلية وتحوي بلايين النجوم بأنواعها المختلفه ...

, ,,,ومواد ما بين النجوم ( عباره عن غازات من الذرات , وقائق من المركبات العضوية وكثافة هذه المواد قليلة جدا لدرجة لا يمكن تخيلها ولكنها تشغل حيزا كبيرا لدرجة أنها تحجب أضواء النجوم ) . ولقد قدر العاملون في مجال علم الكون عدد المجرات التي يمكن رؤيتها بمناظيرنا الارضية بحوالي عشرة بليون من المجرات , ويبدو أن العدد يزيد كلما زادت مناظيرنا الفلكية قوة وكلما تطورت التقنيات التي نستخدمها في استقبال فوتونات الضوء التي تنطلق من هذا الكون الواسع.

اشكال المجرات:

المجرات تتخذ أشكالا متعدده فمنها

1-الكروي الشكل ,                      2-ما هو شبه كروي           , 3-و ما يبدو أهليجي الشكل ,              و4-ما يبدوا وكان قضيبا يمر خلال وسطها                         , 5-وما يتخذ الشكل الحلزوني ,        

 و تختلف الاشكال الحلوزنية فيما بينها , وفي درجة تقارب أذرعها ,                                                                            وهناك المجرات التي تبدو أشكالها غير منتظمه  , ومنها ما يبدو شكله كما لو كان هناك تصادم قد حدث بين مجرتين .

والاختلاف في المجرات لا يقتصر على الشكل بل يتعداه الى الحجم والكتلة والطاقة التي تشعها  ...

معلومات عامه عن كواكب المجموعه الشمسية :

الكوكب	بعده عن الشمس بملايين الكيلومتر		بعده عن الشمس بالوحدات الفلكية		ميل مداره على مستوى مدار الارض		الدوره اليوميه (المحورية )		الدوره السنوية (حول الشمس)		جاذبيته بالنسبه لجاذبية الارض		عدد اقماره
عطارد	57.9		0,387		7		88يوم		88 يوم		0,378		-
الزهره	108.2		0,723		3,24		243 يوم		225 يوم		0,894		-
الارض	149.6		1		-		23ساعه-56دقيقه -4ثواني		365 يوم وربع		1		1
المريخ	227.9		1,523		1,51		24ساعه-37دقيقه -23ثانيه		687يوم		0,379		2
المشتري	778.3		5,203		1,19		9ساعات-50 دقيقه		11سنه 317 يوم 13 ساعه 12 دقيقه		2,54		16
زحل	1427		9,539		2,29		10ساعات-14دقيقه		29سنه 171يوم 13ساعه 12 دقيقه		1,07		17
اورانوس	2871		19,191		0,48		10ساعات 49دقيقه		84سنه 25يوم 13ساعه 12دقيقه		0,919		5
نيبتون	4497.1	30,04		1,46		15ساعه		164سنه299يوم7ساعات 12دقيقة		1,19		2
بلوتو	5913.5	39,529		17,19		150ساعه أي  6ايام و6 ساعات		248سنه193يوم10ساعلت 48دقيقه		--		1

 

الروبوت الفضائي فيلة أثناء هبوطة على المذنب P67

 

الروبوت الفضائي فيلية هو من أشهر المجسات الفضائية ، حيث قامت مركبة الفضاء روزيتا ( التي كتبت عنها مقال بعنوان لماذا سميت مركبة الفضاء روزيتا بهذا الإسم؟ ) بحمله في رحلة مثيرة ورائعة في الفضاء لمدة 10 سنوات ، حتى وصلت المركبة بالقرب من المذنب p67  ، فقامت بإطلاق الربوت الفضائي فيلية ليهبط على المذنب ويستقر بعد 7 ساعات على ظهر المذنب ، وذلك بسبب جاذبية المذنب الضعيفة ، ليقوم بعد ذلك بمهامه المكلف بها وهي تصوير المذنب لمعرفة شكل تضاريس سطحه ، كذلك ليأخذ عينات من

سطح المذنب ويقوم بتحليلها وإرسال جميع البيانات إلى محطة المراقبة الأرضية ، وذلك في أول وأشهر رحلة

فضائية للهبوط على مذنب في التاريخ، وذلك بهدف معرفة كيفية بداية نشأة المجموعة الشمسية؟ وكذلك هل المذنبات هي مصدر المياه على سطح الأرض؟ أم هناك مصدر آخر؟

 

أما لماذا سمي الروبوت الفضائي بهذا الإسم؟ ، لقد سمي بهذا الاسم نسبة إلى المعبد الفرعوني معبد فيلة الموجود  في مدينة أسوان في صعيد مصر ، وهذا المعبد له تاريخ عظيم في الحضارة الفرعونية والحضارة الرومانية.

لذلك سمي الروبوت الفضائي بهذا الاسم لعظمة الدور الذي يقوم به المذنب وسيسجل في التاريخ أن هذا الروبوت كان أول روبوت في التاريخ يقابل مذنباً وجهاً لوجه ويهبط علية، ليستكشف أسرار المذنبات و كذلك التأكد من مصدر المياة على الأرض.

 

وأخيراً أريد أن أوضح أن الإسم ينطق بأشكال مختلفة فقد ينطقه البعض فيليه والبعض الآخر فيلاي وينطقه آخرون فيلي، وأنا أحب النطق فيلة بتشديد الياء كما هو متعارف علية في مصر

.

سرعة الضوء

سرعة الضوء في الفراغ هي نفس سرعة كل أشكال الطيف كالأشعة فوق البنفسجية و الأشعة تحت الحمراء وموجات الراديو والتلفزيون ومن الجائز أيضا موجات الجاذبية, ويعبر فيزيائيا عن سرعة القوى الفيزيائية بسرعة الضوء باعتباره الجزء المرئي في الطيف الكهرومغناطيسي ويستوي في ذلك ضوء شمعة أو ومضات نجم, وسرعة الضوء في جو الأرض دون الحد الأعلى قليلا أما سرعته في الفراغ فلا تتجاوزها قوة ولا تبلغها مادة, والفرضيات النظرية باختلاف سرعة الضوء عند نشأة الكون أو عند نهايته لا تنقض القياسات العملية حاليا ولا تنقضها بالمثل فرضية الجسيمات الأسرع من الضوء (التاكيونات Tachyons ) أو الأجسام سالبة الكتلة لو ثبتت.

ولم يقدم الدليل الأول على تحرك الضوء بسرعة غير لحظية إلا عام 1676 عندما نجح الفلكي أولاس رومر Olas Roemer للمرة الأولى في التاريخ من قياسها عن طريق ملاحظة وجود فارق زمني في تأخر ظهور أقمار كوكب المشتري عندما تكون الأرض في الجهة الأبعد منه خلال دورتها حول الشمس, وبمعرفة طول القطر الأكبر لمدار الأرض ومدة التأخر وفق الأجهزة المتاحة في القرن السابع عشر كانت النتيجة واسعة التقريب حوالي 227 ألف كم\ ثانية, ولكن أمكن تقديم الدليل الأول على أن سرعة الضوء محدودة وإن كانت هائلة, وبعد حوالي نصف قرن حصل برادلي عام 1728 على نتيجة مقاربة عن طريق قياس فلكي آخر, ولم تبدأ القياسات الدقيقة إلا في منتصف القرن التاسع عشر داخل المعمل, وفي القرن العشرين استخدمت في القياس تقنيات أكثر دقة ومع استخدام الليزر بلغت الدقة إلى حد أن الخطأ لا يتجاوز أجزاء قليلة من البليون, وأخيرا بعد جهود استمرت حوالي ثلاثة قرون أمكن عام 1983 في مؤتمر القياسات في باريس تعريف المتر دوليا بالزمن اللازم ليقطعه الضوء (0.000000003335640952 ثانية) بناء على قيمة سرعة الضوء في الفراغ وهي: 299792.458 (حوالي 300 ألف) كم\ثانية[1].

وقوله تعالى ( يُدَبّرُ الأمْرَ) يونس 3 و31 والرعد 2 والسجدة 5؛ يرجع الكون الفيزيائي كله إلى أمر واحد هو كلمة (كن) التي تصور مخاطبة الأشياء غير الموجودة كأنها موجودة تعبيرا عن الوحدانية والاقتدار ونفاذ الإرادة, يقول العلي القدير: )
بَدِيعُ السّمَاوَاتِ وَالأرْضِ وَإِذَا قَضَىَ أَمْراً فَإِنّمَا يَقُولُ لَهُ كُنْ فَيَكُونُ
( البقرة 117، والتدبير Management يلزمه فاعل ويعوزه بالضرورة مفعولا به يتجلي فيه فعل التدبير, وورود (الأمر) مفعولا به يجعله مأمورا به يتجلى فيه تدبير الخالق سبحانه فيستقيم حمله على المادة الأساسية للعالم, قال الألوسي: "الأمر راجع إلى المراد لا إلى الإرادة.. (أي) الأشياء المرادة المكونة"[2], وقال ابن تيمية: "وفي لغة العرب التي نزل بها القرآن أن يسمى.. المخلوق خلقا لقوله تعالى )
هذا خلق الله
(.. ولهذا يسمى المأمور به أمرا"[3], "ولفظ الأمر يراد به.. المفعول.. كما قال تعالى: )
أتى أمر الله
[.. فهنا المراد به المأمور به وليس المراد به أمره الذي هو كلامه"[4], "فإذا قيل في المسيح أنه (كلمة الله) فالمراد به أنه خُلِقَ بكلمة.. (كن).. وكذلك إذا قيل عن المخلوق أنه (أمر الله) فالمراد أن الله كونه بأمره"[5], "وهذا قول سلف الأمة وأئمتها وجمهورها"[6], "وبهذا التفصيل يزول الاشتباه في مسألة الأمر"[7].
وإرجاع كل شيء في الوجود إلى (أمر واحد) في الأساس وتكون كل شيء منه بتقدير واحد منذ بدء الخلق على مراحل متتابعة كالأيام يفيد رجوع كافة القوى الفيزيائية والمواد إلى "وَاحِدَةٌ" هي لبنة مادة البناء الأساسية Essential building Matter, وهذا الأمر عاجل الحركة أشبه ما يكون في السرعة بومضة الضوء, يقول العلي القدير: )
إِنّا كُلّ شَيْءٍ خَلَقْنَاهُ بِقَدَرٍ. وَمَآ أَمْرُنَآ إِلاّ وَاحِدَةٌ كَلَمْحٍ بِالْبَصَرِ
( القمر 49و50, واللمح وميض نجم أو برق, قال ابن فارس: "اللمح أصل يدل على لمع شيء", وقال ابن منظور: "لَمَعَ بمعنى أَضَاءَ"[8], وفي تشبيهه بومضة الضوء قال الألوسي: "الغرض من التشبيه بيان سرعته"[9], وقال الرازي: "فاللمح بالبصر معناه (ضوء) البرق يخطف بالبصر أي يمر به سريعا وذلك في غاية السرعة", وقال أبو حيان: "لما كان أسرع الأحوال والحوادث في عقولنا هو لمح البصر ذكره.. فهو تشبيه بأعجل ما يحسه الناس"[10], ووافقهم جل المفسرين.
وفي قوله تعالى: )
يُدَبّرُ الأمْرَ مِنَ السّمَآءِ إِلَى الأرْضِ ثُمّ يَعْرُجُ إِلَيْهِ
(؛ قال جوهري: "وتنزيل الأمر من السماء يقتضي النظر في منشأ هذا العالم فإن هذه العناصر لم تظهر في بادئ الأمر.. (لتضمنه) تنزيل الله للعوالم من حالها الأول حال البساطة والنور إلى حال الكثافة والتركيب.. (ومقتضى) رجوع الأمر إلى الله.. أن هذا العالم سائر من الكثافة إلى اللطافة كما أنه تنزل من اللطيف إلى الكثيف"[11], "(يعني) لا وجود في الأصل إلا لمادة واحدة بسيطة والقوى الطبيعية كلها صادرة بالتسلسل عن قوة أصلية واحدة وتتباين القوى إنما جوهرها في الأصل واحد وكل ما يقع أو لا يقع تحت نظرك من الوجود فهو صادر عن مادة أصلية واحدة"[12], "فهذا العالم كله أصله مادة واحدة هي الأصل لهذه الموجودات ومنها تكونت المادة والكهرباء والمغناطيسية والحرارة والضوء, فهذه كلها صفات وتنوعات في المادة الأساس.. ولا تزال المادة واحدة واختلاف المظاهر وقتي.., (وقد) خلق الله العالم من مادة واحدة ليستدلوا على وحدانيته وقدرته"[13], وأضاف: "إذن الأمر إن هو إلا تجليات ومظاهر لقدرة المحيط علماً.. طُبعت في هذا الخلاء الفسيح طبعاً ظهرت لنا.. بهيئة حركات.. وتجلى لعيوننا بهيئة نبات وحيوان وشمس"[14], "فما هذا العالم كله إلا حركات"[15], "وهكذا الزرع.. والحيوان وأجسام الناس"[16], وأتساءل مأخوذا؛ أليس بهذا نفهم قول الله عز وجل "
خُلِقَ الْإِنسَانُ مِنْ عَجَلٍ سَأُرِيكُمْ آيَاتِي فَلَا تَسْتَعْجِلُونِ
" الأنبياء 37.

من الظواهر الطبيعية التي تظهر في السماء ظاهرة الشفق القطبي الذي يعتبر من أجمل الظواهر الفلكية والتي يعرفها هواة الفلك ويستمتعون بمشاهدتها وتصويرها. وتحمل هذه الظاهرة اسما آخر هو الأضواء الشمالية أو الفجر القطبي.
ما هو الشفق القطبي؟
هي عروض خلابة لمناظر ملونة على الشاشة السماوية الكبيرة في اتجاهي الشمال والجنوب القطبين، ويأخذ الشفق اسمه لأنه يظهر بعيد غروب الشمس أو قبيل طلوعها عند منطقتي القطبين ويكون في بعض أحيانه على شكل أقواس أو تجعدات جميلة وأحيانا أخرى على شكل إشعاعات براقة تستمر للحظات أو ساعات أو ربما حتى الفجر، ومن النادر جدا أن يتشابه شفقان في زمانين أو مكانين إنما قد يأخذان نمطا متقاربا من الأشكال. فعادة يظهر العرض الشفقي بعيد غروب الشمس حيث يحتل الأفق الشمالي قوس شفاف يستمر حتى نصف ساعة تم يبدأ بالتحرك عاليا في السماء آخذا باللمعان أكثر كلما ارتفع، ويبدأ خلفه قوس آخر جديد بالتكون منفصلا عن سابقه، وهكذا..، وبينما تأخذ هذه الأقواس بالارتفاع تتولد بينها انثناءات وحلقات تصبح لامعة فيما بعد، ثم بعد وقت طويل أو قصير يبدأ الشفق بالتلاشي.

عروض جميلة خلابة
وللشفق القطبي شكلان أساسيان هما الشكل الشريطي والشكل الغيمي، وعادة ما يبدأ العرض الشفقي في السماء بشكله الشريطي عدة مئات من الكيلومترات ويبلغ عرضه شرقا وغربا عدة آلاف من الكيلومترات حيث يظهر ذلك واضحا عند مقارنته مع خلفية النجوم التي تبدو صغيرة مقارنة بمساحته العظيمة، أما سماكته فتصل إلى عدة مئات من الأمتار فقط. وتدعى الانثناءات التي تتكون نتيجة ارتفاع الشفق في السماء بالأقواس الشعاعية، وبازدياد النشاط الشفقي تطبق الانثناءات الكبيرة على الصغيرة منها مكونه ما يسمى بالزمر الشعاعية، والتي يصل عرضها إلى عشرات الكيلومترات، وفي ازدياد آخر للنشاط ينبعث من الرمز الشعاعية لون وردي ويصبح عرضها عدة آلاف من الكيلومترات وحالما يتوقف النشاط الشفقي يعاود الشفق شكله الشريطي وتختفي كل الانثنائات التي كانت موجودة، أو يتحول الشفق إلى الشكل الغيمي غير المنظم، ويظهر الشفق القطبي بألوان مختلفة يغلب عليها الأخضر والأحمر والأزرق والأصفر، وأما بقية الألوان فهي مزيج من الألوان الأساسية.

كيف يحدث الشفق القطبي؟
ولمعرفة كيف يحدث الشفق القطبي، علينا أن نعرف ماذا يحدث على سطح الشمس وماذا يحدث حول الأرض وكيف تتفاعل نواتج الحدثين معا.
الشمس:
تتكون الشمس من ثلاث طبقات، الضوئية واللونية والإكليل. وخلال أوج النشاط الشمسي في دورته كل إحدى عشرة سنة، يكثر على سطح الشمس ما يعرف بالبقع الشمسية الموجودة في الطبقة الضوئية، هذه البقع هي علامة للنشاط الشمسي وهي اضطرابات في المجال المنغاطيسي للشمس وتظهر دائما في مجموعات تدوم ساعات أو أياما أو ربما شهرا كاملا. ويرافق البقع الشمسية ما يعرف بالنتوءات الشمسية والتي هي انفجارات تحدث على سطح الشمس وترتفع مسافة 500.000 كم عن سطح الشمس ويمكن رؤيتها خلال الكسوف الكلي للشمس، وتعتبر جزءا من الطبقة اللونية. إلا أن (الصياخد) اشد قوة وانفجارا من النتوءات وتظهر بلونها الأبيض قريبة من البقع الشمسية، وتمتلك الواحدة منها طاقة تعادل مليوني مليار طن من مادة تي أن تي، وإذا ما شوهدت خلال الكسوف الشمسي فإنها ترتفع فوق سطح الشمس ولكنها نادرا ما ترى إذ أنها لا تعيش لأكثر من دقائق. والصياخد مسؤولة عن إرسال الأشعة السينية وأشعة جاما والأشعة المرئية بالإضافة إلى شلالات من البروتونات والالكترونات ذات الطاقة العالية جدا والتي تتدفق في كل ثانية باتجاه المجموعة الشمسية. وفوق الطبقة اللونية التي تمتد حوالي عشرة آلاف كيلومتر يأتي الإكليل الشمسي الذي يمتد مسافة عشرة أضعاف قطر الشمس إلى الخارج، وهو عبارة عن الذرات الفردية المرشوقة إلى أعلى من سطح الشمس، وبينما تتحرك هذه الجسيمات باتجاه الخارج فان الإكليل يحتل حجما أكبر وأكبر ويصبح أقل كثافة، ونتيجة لذلك فإن إضاءته تخف إلى أن تتلاشى كليا. وهذا لا يعني أن الجسيمات المشحونة قد توقفت عن المسير، بل أنها تمتد حتى تغمر الكواكب الداخلية والمشتري وزحل وربما تصل بلوتو، وعندها تأخذ اسما جديدا هو الرياح الشمسية، وتتغذى الرياح الشمسية بشكل رئيسي من الصياخد بحيث تتكون من البروتونات والالكترونات ذات الطاقات العالية، وتصل درجة حرارة الإكليل إلى حوالي مليون درجة مئوية.!

 

ماذا اكتشف علماء الهند ؟

شمس صناعية

أحرز العلماء في معهد دراسة البلازما بولاية غوجارات الهندية اختراقا حقيقيا في مجال الحفاظ على الحالة الرابعة للمادة (البلازما).

وابتكر العلماء في وحدة “توكوماك أس أس – 1″ شمسا اصطناعية من البلازما، وذلك بواسطة المجال المغناطيسي الذي يستخدم للحفاظ عليها. وقال العلماء إن اختراعهم سيساعد في ابتكار سبل جديدة لتوليد الطاقة “الخضراء”.

وأعلن مدير المعهد ديراج بورا قائلا:” تعلمنا الاحتفاظ بالبلازما الساخنة التي تم استخراجها من الهيدروجين باستخدام مغناطيس يتصف بقدرة عالية جدا على توصيل الكهرباء”. وأوضح أن اختراعهم هو تجربة فريدة تشير إلى احتمال توليد طاقة تشبه طاقة الشمس في داخل مختبر.

والشمس، التي تعد مصدرا هاما للطاقة في كوكبنا عبارة عن كرة مثالية متألفة من البلازما الساخنة تجري في داخلها حركة حمل حراري بوسعها توليد المجال المغناطيسي.

وسعى العلماء الهنود إلى تكرار ذلك في ظروف المختبر. ومن أجل إحراز نتيجة إيجابية قاموا بتطوير وحدة “توكوماك” حيث أنشئت كرة بلازما تبقى في حالة مستقرة بواسطة المجال المغناطيسي.

ويقول العلماء إن الطاقة التي استقرت في داخل وحدة “توكوماك” يمكن أن تسلم طاقتها لتنقل إلى أهداف أخرى. وفي حال وصلها بالتوربين يمكن أن تولد طاقة نظيفة بيئيا.

 

كشفت وكالة الفضاء الأمريكية "ناسا" عن صور التقطها التلسكوب الفضائي هابل الذي جرى إصلاحه وتتضمن صورة شفافة تشبه فراشة غريبة بها ظلال من اللونين الأرجواني الفاتح والأحمر، ولكن الصورة في الواقع تمثل نظرة إلى نجم محتضر ويرسل الغازات إلى الكون. وتحمل تلك الصورة اسم " الفراشة نيبولا" .

 

وكشف علماء ناسا اليوم عن أول صور التقطها التلسكوب منذ إصلاحه في سلسلة من السباحات الفضائية في شهر مايو من العام الجاري.

 

وتوفر الصور الملونة لقطات أكثر وضوحا لنجوم ومجرات بعيدة، كما أنها تمثل اختبارا لقدرة هابل الجديدة بعد مهمة الصيانة التي تم خلالها تركيب معدات جديدة وإصلاح معدات أخرى مكسورة كانت تعوق عمل أكثر التلسكوبات شهرة في العالم.

 

وقال هيدي هاميل كبير الباحثين في معهد علوم الفضاء في بولدر في ولاية كولورادو :" المعدات الجديدة لم تجعل هابل يعمل بكامل قوته ولكنها تدفعنا للمضي قدما نحو عصر جديد في علم الفيزياء الفلكية".

المادة المظلمة

قام علماء الفلك بدراسة كيفية تصرف المادة المظلمة في العناقيد المجرية عند اصطدامها ببعضها البعض عن طريق مشاهدتها من تلسكوب هابل الفضائي التابع لوكالة ناسا الفضائية ووكالة الفضاء الأوروبية، ومرصد شاندرا الفضائي للأشعة السينية. وتوضح النتيجة والتي نشرت في مجلة ساينس العلمية يوم 27 مارس عام 2015، أن المادة المظلمة تتفاعل مع نفسها بشكل أقل مما كان يُعتقد سابقًا، وقد قللت الخيارات لمعرفة ماهية المادة الغامضة.

المادة المظلمة هي علامة استفهام عملاقة تلوح في أفق معرفتنا للكون. إذ إن المادة المظلمة في كوننا أكثر من المادة المرئية، ولكنها بعيدة المنال للغاية لصعوبة البحث والعثور عليها. فالمادة المظلمة لا تعكس ولا تمتص أو تبعث أية ضوء، مما يجعلها غير مرئية. وبسبب هذا، نحن لم نعلم عن وجودها إلا من خلال تأثير جاذبيتها على الكون المرئي.

لمعرفة المزيد عن هذه المادة الغامضة، يمكن للباحثين دراستها بطريقة مشابهة لدراسة التجارب على مادة مرئية (من خلال مشاهدة ما يحدث عندما تصطدم الجسيمات). ولهذا السبب، يراقب الباحثون مجموعات كثيرة من المجرات، وتسمى العناقيد المجرية، حيث تحتوي هذه الاصطدامات على مادة مظلمة بشكل طبيعي، بل إنها توجد بكميات كبيرة تكفي لرؤية آثار الاصطدامات.

إن المجرات مصنوعة من ثلاثة مكونات رئيسية هي: النجوم، وسحب من الغاز، والمادة المظلمة. وفي أثناء الاصطدامات، تنتشر السحب الغازية في جميع أنحاء المجرات وتصطدم ببعضها البعض، مما يؤدي إلى إبطاء حركتها أو حتى توقفها.

وأما النجوم فإنها تتأثر بشكل ضئيل جداً بقوة السحب التي تسببها السحب الغازية وبسبب الفجوات الكبيرة بين النجوم، فلن يكون لها تأثير على بعضها يؤدي إلى تباطؤها -على الرغم من أنه إذا اصطدم اثنان من النجوم فإن قوى الاحتكاك ستكون ضخمة.

ويوضح ديفيد هارفي من المعهد التقني الفدرالي العالي في لوزان بسويسرا، المؤلف الرئيسي في هذه الدراسة الجديدة: “نحن نعرف كيف تتفاعل الغازات والنجوم في هذه الاصطدامات الكونية وكيف يظهرون من حطام هذه الاصطدامات. وبمقارنة كيفية تصرف المادة المظلمة سنتمكن من تضييق احتمالات ماهية هذه المادة."

قام هارفي وفريقه باستخدام بيانات من تلسكوب هابل الفضائي ومرصد شاندرا للأشعة السينية لدراسة 72 من اصطدامات كبيرة للعناقيد المجرية. حيث حدثت هذه الاصطدامات في أوقات مختلفة، وتم رؤيتها من زوايا مختلفة -بعضها من الجوانب، وبعضها من الأعلى.

وقد وجد الفريق أن المادة المظلمة واصلت حركتها مباشرة من خلال الاصطدامات العنيفة دون إبطاء وهذا ما حدث في النجوم. ولكن، خلافا لما حدث في حالة النجوم، هذا التصرف ليس لأن المادة المظلمة تبعد مسافات كبيرة عن المادة المظلمة الأخرى أثناء الاصطدامات، بل على العكس فالنظرية الرائدة هي أن المادة المظلمة متوزعة بالتساوي في جميع أنحاء العناقيد المجرية، لذلك فإن جسيمات المادة المظلمة في كثير من الأحيان تكون قريبة جدا من بعضها البعض.

السبب في أن المادة المظلمة لا تتباطأ ليس فقط لأنها لا تتفاعل مع المادة المرئية، بل لأنها أيضا تتفاعل بشكل أقل مع المادة المظلمة الأخرى، بعكس ما كان يُعتقد سابقا. ويقول عضو فريق البحث ريتشارد ماسي من جامعة دورهام في المملكة المتحدة : “لقد شهدت دراسة سابقة نفس السلوك في العنقود المجري الرصاصة، ولكن من الصعب تفسير ما تراه إذا كان لديك مثال واحد فقط".

وأضاف :”يستغرق كل تصادم مئات الملايين من السنين، وفي إطار عمر الإنسان يمكننا رؤية إطار ثابت من زاوية كاميرا واحدة. والآن بما أننا قد درسنا الكثير جدا من الاصطدامات، يمكننا أن نبدأ بتجميع الفيلم الكامل وفهم ما يجري بشكل أفضل."

وبمعرفة أن المادة المظلمة تتفاعل مع نفسها بشكل أقل مما كان يعتقد سابقا، استطاع الفريق تضييق احتمالات خصائص المادة المظلمة بشكل ناجح. وبالنسبة لعلماء فيزياء الجسيمات النظرية فيجب أن يستمروا بالبحث، ولكن أصبح لديهم الآن مجموعة أقل من المجاهيل للعمل معها عند بناء نماذجهم عن المادة المظلمة.

من المحتمل أن تحتوي المادة المظلمة على الكثير من الجسيمات ذات خصائص معقدة، و لا تزال هناك عدة أنواع أخرى من التصادمات تحتاج للدراسة. وفي ضوء هذه الاكتشافات الجديدة تم استبعاد فرضية أن تفاعلات المادة المظلمة تقوم بخلق قوة احتكاك كبيرة، مما يجعل المادة المظلمة تقوم بإبطاء حركتها أثناء الاصطدامات. أحد التفاعلات الأخرى الممكنة هي أن جزيئات المادة المظلمة ترتد عندما تصطدم ببعضها مثل ارتداد كرات البلياردو، مما يتسبب برمي جزئيات المادة المظلمة بعيدا عن مكان الاصطدامات أو أن تقوم نقاط من المادة المظلمة بتغيير شكلها. ويبدو أن الفريق سيدرس هذه الفرضيات مستقبلاً.

لزيادة عدد التصادمات التي يمكن دراستها، يتطلع الفريق أيضا لدراسة التصادمات بين مجرات فردية، والتي هي أكثر شيوعا. ويلخص هارفي: “لا يزال هناك العديد من المرشحين للمادة المظلمة، وبالتالي فإن اللعبة لم تنته بعد، ولكننا بدأنا نقترب أكثر من الإجابة،” ويضيف: “وأخيرا بدأت مصادمات الجسيمات الفلكية بالسماح لنا بأن نلقي نظرة على هذا العالم المظلم الموجود في كل مكان حولنا ولكنه بعيدٌ عن متناولنا. 

ملاحظات:

 على الأرض يستخدم العلماء مسرعات الجسيمات لمعرفة المزيد عن خصائص الجسيمات المختلفة. ويمكن لعلماء الفيزياء معرفة مكونات المادة من خلال تسريع الجسيمات إلى أن تتصادم، ومن ثم دراسة خصائص ومسار الحطام الناتج عن ذلك التصادم.

العناقيد المجرية هي سرب من المجرات يتخللها بحر من الأشعة السينية الساخنة و التي ينبعث منها غاز الهيدروجين المتأين وكل هذا هو عبارة عن جزء لا يتجزأ من سحابة ضخمة من المادة المظلمة. ومن خلال مراقبة تفاعلات جزيئات المادة المظلمة الضخمة يمكننا الكشف عن خصائصها

 تفاعل السحب الغازية مع بعضها في المجرات أثناء اصطدامها قوي جدا، في حين أن تفاعل السحب الغازية مع النجوم ضعيف للغاية . ولفهم هذا الموقف يمكن أن تتخيل فقاعة صابون ورصاصة في مواجهة الريح. في هذه الحالة ستتأثر الفقاعة بالريح بشكل أكبر من تأثر الرصاصة بالريح.

لمعرفة أين كانت تقع المادة المظلمة في العناقيد المجرية درس الباحثون الضوء المنبعث من المجرات الموجودة خلف هذه العناقيد التي تم تضخيم الضوء المنبعث منها وتشويهه بسبب الكتلة الهائلة الموجودة في هذه العناقيد. وبسبب معرفتنا لكتلة المادة المرئية في العناقيد المجرية، فأن مقدار تشوه ضوء يخبرنا كم يوجد من المادة المظلمة في تلك المنطقة.

النظرية المفضلة حاليا هي أن المادة المظلمة يمكن أن تتألف من جسيمات فائقة التماثل“ (supersymmetric)”. التناظر الفائق هي نظرية تفترض فيها أن جميع الجسيمات في الموجودة في النموذج القياسي لدينا -الإلكترونات، والبروتونات والنيوترونات، وهلم جرا -لديها نظير “فائق التناظر” ذا كتلة أكبر. وبالرغم من أنه لم يوجد هناك أي تأكيد تجريبي لنظرية “التناظر الفائق” حتى الآن، فإن نظرية تقدم حلول لبعض من الثغرات في تفكيرنا الحالي. على سبيل المثال، واحد من الجزيئات المقترحة من نظرية “التناظر الفائق” يتميز بكونه مستقر، متعادل كهربائيا، ويتفاعل مع جزيئات النموذج القياسي الشائعة بشكل ضعيف -وهذه هي جميع الخصائص المطلوبة لتفسير المادة المظلمة.