طرح عمل هابل فكرة أن المجرات كانت - فيما مضى - مكدسة فوق بعضها وأنها برزت للوجود من خلال "بداية من نوع ما. بيد أنه لم يكن لديه دلیل مباشر فيما يختص بالتطور الكوني، وإن كانت نظرية الحالة المستقرة (3) Steady state Theory) التي طرحت عام 1948 تمثل بديلا لنظرية الانفجار العظيم big bang يمكن الدفاع عنه وتصور خلقا متواصلا لمادة جديدة ومجرات جديدة، بحيث لا يتبدل المشهد الكونى على الإطلاق - رغم تمدده.

 ولتمحيص أي دراسة عن تطور للكون، ينبغي أن يسبر المرء الأشياء الموغلة في البعد، حيث إن الضوء بدأ في الانبثاق منها عندما كان الكون في مراحله المبكرة وأصغر بكثير من عمره الآن. ويستوجب هذا دراسة الأجرام التي تبعد ببلايين السنين الضوئية ذات الانزياح الملموس لطيفها صوب الأحمر. لقد تم تطبيق برنامج لقياس مقدار التباطؤ في تمدد الكون منذ خمسينيات القرن العشرين فصاعدا عن طريق مرقاب (تلسكوب) بالومار ذى المائتي بوصة قطرا. بيد أن النتائج لم تكن الذي حاسمة، ويرجع هذا جزئيا إلى أن المجرات السوية ليست باللمعان يسمح بقياس انزياح كبير صوب الأحمر كبرا كافيا. وقد كان رليل (Ryle) وزملاؤه من علماء الفلك الردايوى هم الذين وجدوا - في نهايات خمسينيات القرن العشرين أول دليل حقيقى على أن الكون أخذ حقا في التطور. وبوسع المراقب الراديوية أن تلتقط الانبعاثات من بعض المجرات النشطة غير المعتادة (والتي يعتقد حاليا أنها تحتضن في مراكزها ثقوبا سوداء هائلة )حتى ولو كانت من البعد بحيث لا يمكن رؤيتها من خلال التلسكوبات الضوئية. ولا يمكن للمرء أن يحدد مقدار الانزياح نحو الأحمر أو المسافات التي تفصلنا عن هذه المصادر عن طريق القياسات فقط، ولكن رايل افترض من الناحية الإحصائية على الأقل أن تلك التي تبدو خافتة تقع على مسافات أبعد من تلك التي تبدو كثيفة، ولقد احتسب "رايل" الأرقام، آخذا في الاعتبار كثافات ظاهرية متنوعة ، ووجد أن هناك الكثير جدا من المجرات (وبعبارة أخرى المصادر) التي على أبعاد سحيقة والتي تبدو ظاهريا خافتة مقارنة بعدد المصادر الأكثر بريقا والأدنى منا كان هذا الأمر مزعجا بالنسبة لمناصرى نظرية الحالة الثابتة أو المستقرة ولكنه كان متوافقا مع تطور الكون، ما دامت المجرات كانت أكثر عرضة لأن تنتابها انفجارات عنيفة في الماضي السحيق حينما كانت - بعد - في طور الشباب. إن ما تبع ذلك من اكتشاف نوى المجرات النشطة" أو الكوازارات ذات الانزياحات الطيفية الكبيرة نحو الأحمر، قد أقام الدليل على صدق حدسية رايل ودعمها، بيد أننا مازلنا نفتقر بشدة إلى فهم هذه الأجرام وتطورها حتى نستعمل تلك الحدسية في تحديد البنية الهندسية للكون.

بمقدور علماء الفلك - بالغوص عميقا في أجواز الفضاء- أن يدرسوا تلك المناطق من الكون التي انبعث منها الضوء منذ أبد .بعيد ولو أننا كنا نحيا في كون موحش، مفرط فى عدم تجانسه لما كان هناك وجه للتساؤل عما إذا كانت هذه الأصقاع القصية والطريقة التي قد تطورت بها تحمل أي تشابه لموقعنا نحن المحلى من الكون. على أية حال، وبقدر معارفنا الآن فإن هذا الكون الذي ألفينا أنفسنا نحيا فيه (أو على أقل تقدير الجزء من الكون الذي يسعنا أن تصل إليه أرصادنا)، جد منتظم ومتجانس، وبمقدورنا تطبيق القوانين الكينماتيكية الشاملة عليه، وبمعامل قياس واحد للزمن : م (ن) ، فقد تطورت كل الأجزاء بنفس الطريقة، ولها ذات التاريخ (انظر شكل (2) وتزودنا هذه البساطة بمبرر نعتقد بموجبه أننا حين نرصد نطاقا ما من الكون يقع - مثلا - على بعد 3 بلايين سنة ضوئية فإن ملامحه العامة (مثل الخواص الإحصائية للمجرات وطبيعة تجمعاتها العنقودية إلخ) تشبه تلك التي كانت تبدو منذ 3 بليون سنة فى ذات موقعنا المحلى أى) في نفس النطاق الذي يصوره شكل رقم( 1).

يصوره شكل رقم( 1).

الشكل رقم (2)

مخطط بياني للزمان المكان (الزمكان) يوضح خط عالم مجرتنا ومخروط ضوء الزمن الماضى. إن النطاقات الوحيدة فى مخطط الزمكان هذا التي لدينا برهان مباشر عليها هي تلك المظللة بالشكل أى التى تقع إما قريبا من خط عالمنا الواقعى بالاستدلال من التاريخ الكيميائي والديناميكي لمجرتنا، والأدلة الجيولوجية وما إلى ذلك وإما بامتداد مخروط الماضى بالنسبة لنا (بالأدلة الفلكية). وبسبب التجانس الشامل فقط يمكننا أن نفترض -عن ثقة- أية مشابهة بين المجرات القاصية والتي يصلنا الآن ضوؤها وبين التاريخ الباكر لمجرتنا نحن. بوسعنا في الأكوان المتجانسة أن نعرف نفس المقاييس الطبيعية للزمن، بحيث تتشابه جميع أرجاء الكون ويكون لها جميعا قيمة بعينها للزمن (ن).

يحظى الفلكيون بميزة تميزهم عن الجيولوجيين، إذ بوسعهم رصد الماضي مباشرة. ولقد سجل تقدم مشهود في تقنيات سبر الأجرام الخافتة والموغلة في البعد، وتحقق أول تقدم عندما حلت المجسات الصلبة CCDsolid state detectors محل الألواح الفوتوغرافية، فحساسية الأولى تزيد بأكثر من خمسين مرة على حساسية الثانية فيما يختص بقياس الأطوال الموجبة المرئية وتلك القريبة من المنطقة تحت الحمراء. ولقد عزز ظهور الجيل الجديد من التلسكوبات بمراياها ذات العشرة أمتار قطرا، من قدرات الفلكيين في دراسة الضوء الآتي من الأجرام الخافتة (استكمل العمل في مرقابي كيك Keck بهاواى()، كما يجرى بناء عدة تلسكوبات أخرى في الوقت الراهن.

تظهر أكثر المجرات خفوتا وبعدا بعرض يصل نمطيا إلى 1 إلى 3 ثوان قوسية ، وتبدو أوضح قليلا من مجرد لطخ أو بقع غبشاء عندما تشاهد من على الأرض، لأن التقلبات الجوية تلطخ حتى المصدر - وهو مجرد نقطة – عبر كسر محسوس من الثانية القوسية. غير أن مرقاب هابل الفضائي- بعد أن عدلت عدساته الضوئية عام 1994 - قد أعطى صورا أكثر وضوحا. ولقد تم العثور على صورة مفردة مذهلة في روعتها أطلق عليها مجال هابل العميق Hubble Deep Field) بتوجيه المرقاب لفترة تربو على الأسبوع شطر نفس الرقعة من السماء .

وتستكشف الأرصاد ذات هذا المستوى العالى من الحساسية عدة مئات من المجرات ذات تنوع واسع من حيث البنى والتراكيب، ضمن بقعة تصل سعتها على دقيقة قوسية مربعة. لقد قيست الانزياحات صوب الأحمر للكثير من هذه المجرات باستخدام تلسكوب (كيك) ^(صب). وفى كثير من الأحوال تزداد أطوال الموجات ما بين انبعاثها (ع) وبين استقبالها الآن (ن) والمعامل بين الطولين ل _ن: ل ع يسمى بمعامل المقياس الكوني ⁽⁵⁾ (م) Cosmic scale factor) وهو يزيد على القيمة (4)، ويساوى 1 ز ، حيث ز هو معامل انزياح الطيف صوب الأحمر Redshift. وتنزاح حافة الامتصاص عند حد (ليمان) (Lyman limit) (ومقداره: 912 إنجستروم) ناحية النطاق المرئي، وهي حقا الملمح البارز في الطيف. لقد اكتشفت نماذج أكبر لمجرات ذات انزياح كبير صوب الأحمر باستخدام هذا الملمح الطيفي المميز (منزاحة صوب الجانب الأزرق من الطيف المرئي) بوصفها علاقة دالة على وجود مجرات.

لقد انبثق الضوء من هذه المجرات القصية عندما كان الكون مازال فتيا عما هو الآن. ونحن نرصدها في مرحلة كانت فيها حديثة التكون، وليس بمدعاة للعجب أن نجدها جد مختلفة عن المنظومات الأقرب لنا. لقد تحقق تقدم مذهل - منذ نهاية تسعينيات القرن العشرين في رصد المجرات ذات الانزياح الهائل صوب الأحمر. وليس رصد الأجرام ذات انزياح أحمر كبير - في حد ذاته – بالجديد، فالكوازارات أشباه النجوم)، وغيرها من النوى المجرية النشطة (وعلى سبيل المثال المصادر الراديوية ذات الشدة (العالية والمراكز ذات النشاط الزائد لمجموعة فرعية خاصة من المجرات، يزيد لمعانها عن كل ما تحتويه المجرة الأم من نجوم بمعامل قد يصل إلى عدة آلاف وهى من التألق بحيث يمكن لتلسكوب متوسط الحجم أن يلتقط أطيافها ذات النقاء العالى. وكمثال مبكر على الكوازارات ذات الإزاحة العالية نحو الأحمر: الكوازار 3406+1247 (PC) ذو المعامل ز - 4,89، والذى يوضح شكل 3 طيفه ويشاهد الخط (ألفا ليمان ) (1216 إنجستروم) في المنطقة الحمراء عند طول موجى 7200 إنجستروم تقريبا.

ولتقدير عمر نسبى للكون - عندئذ والآن - يحتاج المرء لمعرفة ديناميكيات عملية التمدد وبصفة خاصة، إلى أى مدى وصل تباطؤها. وإذا لم يكن هناك تباطؤ على الإطلاق فإن من شأن الكون أن يكون أصغر عمرا عندما انبثق الضوء بمعامل 1 + ز يساوی 5,89

شكل (3)

منحنى الطيف الخاص بشبه النجم (الكوازار) (3406+1247 PC) ذى معامل انزياح صوب الأحمر (ز) - 4,89. لقد بدأ الضوء المنبعث من هذا الجرم رحلته إلينا عندما كان معامل المقياس الكوني (م) أصغر من قيمته الآن بمقدار از أى 5,89 مرة. وطبقا لنموذج آينشتاین - دى سيتر فلا بد وأن عمر الكون وقتئذ كان %7% من عمره الحالي. (منقولة عن شنايدر دی بی شميدث إم، جن جي إى، 1991 المجلة الفلكية - العدد (102 – ص (837).

وعلى أية حال، فتمدد الكون - طبقا لنماذج فريدمان – في تباطؤ. وفي کونیات آینشتاین دی سیتر الجذابة نظريا، يتناسب معامل قياس الزمن الكوني (م) مع الزمن مرفوعا للأس(م تتناسب مع ن ^3/2) .

فالضوء الذي يصلنا الآن من الكوازار (PC12473406) طبقا للنموذج، ينبغي أن يكون قد انبثق عندما كان الكون أصغر بمعامل - (5,89)^2/3. وهكذا بوسع الفلكيين أن يسبروا آخر 90٪ من تاريخ الكون. يخبرنا وجود هذه الكوازارات أنه عندما كان عمر الكون 10⁹ سنة كانت بعض المجرات المسنة (أو على الأقل مناطقها الداخلية، قد تشكلت سلفا، وأن أحداثا خاطفة في مراكزها قد أدت إلى تلك النوعية المتطرفة من النوى النشطة التي تمثلها ظاهرة الكوازار ومن المفترض أن المجرات الأم (الحاضنة) قد تكونت قبل الكوازارات نفسها. وعلاوة على ذلك، إذا كان تكون المجرات قد تسلسل في نسق هرمي، فمن المفروض أن تتكون المجرات الأصغر والتي هي أصغر من أن تحتضن مثل هذه الكوازارات القوية فى مرحلة أكثر تبكيرا. وعلى ذلك فالشواهد جد قوية على أن نتوقع وجود مجرات ذات انزياح ملحوظ نحو الأحمر يتعدى مؤشرها (ز) الرقم (5). وينبغى أن تكون هذه المجرات - بصفة عامة - شديدة الخفوت، أشد خفوتا من أن نحصل منها على طيف ذى نوعية عالية، حتى باستخدام تلسكوب ذي قطر 10 أمتار، على كل حال فقد عثر على بعض الأجرام الخافتة والمشوشة ذات قيمة للمعامل (ز) أكثر من 5 ، بعد أن استعمل التكنيك الذي ثبت نجاحه في العثور على مجرات ذات قيمة ز-3(^6أ) مع الانزياح الأكبر صوب الأحمر. والتكنيك الآخر المستخدم فى العثور عليها هو استعمال مصفيات (فلاتر) للأجرام التي يظهر تحليل أطيافها الحمراء مع نسبة تفريق منخفضة خطا هو في الواقع خط (الفاليمان) (آب)، مع انزياحه بصورة كبيرة صوب الأحمر. لقد كشفت هذه المحاولات فعلا العديد من المجرات أقصى بعدا من الكوازار 3406+1247PC وفي حالة أو حالتين ساعدت على هذا الكشف الصدفة السعيدة. فهذه المجرات تشاهد طبقا لتأثير العدسة المحدبة gravitationally lensed) حيث يقع عنقود مجرى على امتداد خط البصر إليها (ت). وليس من الواضح ما هو أقصى مدى يمكن أن يصل إليه انزياح طيف مجرة ما نحو الأحمر، فذلك يعتمد على كيفية وتوقيت بدء تكون نجومها، وهو موضوع سيناقش بصورة أوسع في الباب الخامس.

ويهيئ الضوء القادم من الكوازارات البراقة وسيلة سبر مهمة للأوساط التي تتداخل فيما بيننا وبينها، فخطوط الامتصاص من الطيف إلى الجانب الأزرق من خط. ألفا (ليمان تشير إلى سحب من غاز تقع على امتداد خط الرؤية. ومن المحتمل أن هذا الامتصاص قد تسببت فيه المجرات المبكرة الأولى والتي يشتد خفوتها بحيث لا يمكن مشاهدتها عن طريق انبعاثاتها المباشرة (وحيث لم تنشأ - ربما- نجوم بعد) والعلاقة التي تربط هذا الامتصاص بالانزياح صوب الأحمر تهيئ مفاتیح مهمة للكيفية التي مرت بها مراحل تشكل المجرة.

مواضيع ذات صلة

إلى أي مدى يصل التجانس في تركيب الكون على المقياس الكوني

تقدير المسافات في الفضاء الكوني

مراحل تطور الانفجار

تاريخ الانفجار العظيم

إشعاع الخلفية الكونية الميكروي

فرضيات ألكسندر فريدمان

نظرية الانفجار العظيم

علم الكون الفيزيائي

توسع الكون إلى اللانهاية

ما الاحتمالات ؟

مجادلة حول طبيعة السدم والمادة المظلمة: من القرن التاسع عشر إلى القرن العشرين

السدم الكونية: من الجدل العلمي إلى كشف حدود الكون