نشوء الحشود المجرِية وتطورها . الكون . الفضاء . عالم الكون والفضاء

ـ ـ




مجرتان
ساطعتان في حشد الذوّابة، إحداهما إهليلجية (أعلى اليسار) والأخرى
حلزونية (أعلى اليمين)، تظهران في هذه الصورة المركَّبة التي التقطها
مقراب هابل الفضائي عام 1994. لقد كان حشد الذوّابة، الذي يبعد عنا نحو
300 مليون سنة ضوئية، واحدا من الحشود المجرّيّة الأولى التي اكتشفها
الفلكيون. ومعظم البقع الأخرى التي تظهر في هذه الصورة هي مجرّات تقع على
مسافات أبعد.





كان
صياد المذنبات Ferret of Comets الملكي مشغولا بتعقب فريسته. ففي ليلة
منتصف الشهر 4/1779، شاهد . ميسييه من مرصده الباريسي المذنب 1799 Comet
وهو يجتاز طريقه ببطء بين حشدي العذراء وذُوَّابة برنيكي(1) Coma
Berenices خلال رحلته الطويلة عبر النظام الشمسي. ولقد كانت شهرةُ ميسييه
في اكتشاف المذنبات هي السبب في أن يمنحه الملك لويس الخامس عشر لقب صياد
المذنبات، لكن اسمه دخل في تلك الليلة كتب تاريخ علم الفلك لسبب آخر. فقد
لاحظ ثلاث رقع غير واضحة في السماء تشبه المذنبات، لكنها لم تكن تتحرك من
ليلة إلى أخرى؛ ومن ثَمَّ فقد أضافها إلى قائمة الظواهر المجهولة حتى لا
تضلله خلال عمله الرئيسي، ألا وهو البحث عن المذنبات. وقد ذكر في وقت لاحق
أنه توجد على حدود حشدي العذراء والذوّابة منطقة صغيرة تحتوي على 13 لطخة
من اللطخات المستقرة التي عددها 109، والتي حددها بمساعدة ميشان>، وهي أجسام ميسييه المعروفة جيدا في هذه الأيام للهواة
والمحترفين من الفلكيين.

وكما يحدث غالبا في علم الفلك، وجد ميسييه شيئا مختلفا تماما عمّا كان يبحث عنه.
فقد اكتشف أول مثال على أثقل الأشياء الموجودة في الكون، وهي الحشود المجرّيّة التي يتماسك بعضها ببعض بفعل ثقالتها الذاتية. وكما
أن المجرات هي تجمعات للنجوم، فإن هذه الحشود هي أيضا تجمعات من
المجرّات. وتشغل هذه الحشود في المخطط التنظيمي الكوني المرتبة الثانية في
الثقل بعد الكون نفسه. وفي الحقيقة، فإن النسبة بين ثقلها وثقل الإنسان
تتجاوز نسبة وزن الإنسان إلى وزن جسيم دون ذري.
إن
الحشود المجرية هي أقرب ما يمكن للفلكيين أن يلجؤوا إليه لدراسة الكون من
خارجه. ولمّا كان الحشد يحتوي على نجوم ومجرات من جميع الأعمار والأشكال،
فإنه يمثل عينة متوسطة للمادة الكونية تشمل المادة الخفية التي تنظم
حركات الأجرام السماوية من دون أن نتمكن من رؤيتها بالعين المجرّدة. وبسبب
كون الحشد ينشأ نتيجة لوجود قوى تثاقلية هائلة، فإن بنيته وتطوره يرتبطان
ببنية وتطور الكون ذاته. وهكذا فإن دراسة الحشود تقدم حلولا لثلاثٍ من
أهم المسائل في علم الكونيات (الكوسمولوجيا) وهي: تركيب الكون وتنظيمه
ومصيره النهائي.

وبعد بضع سنوات من قيام ميسييه بإجراء أرصاده في باريس، بدأ
هيرشل> وشقيقته <كارولاين> برصد أجسام ميسييه من حديقتهما في
إنكلترا، وقد دفعهما فضولهما إلى البحث عن أشياء أخرى مماثلة. وقد أدى
استعمالهما مقاريب أفضل كثيرا من تلك التي استعان بها سلفهما الفرنسي إلى
العثور على أكثر من 2000 بقعة غير واضحة المعالم ـ كانت 300 منها واقعة في
حشد العذراء المجرِّيِّ وحده. وقد لاحظ وليام وابنه جون التنظيم التكتلي
الذي تتسم به هذه البقع في السماء. تُرى، ما الذي نظّم هذه البقع (التي نَعرف اليوم أنها مجرات) بهذه الأنماط التي شاهداها؟

وفي منتصف الثلاثينات برز سؤال ثان حين قاس الفلكيان
و سرعات المجرات في حشد العذراء وفي
حشد آخر في الذوّابة أبعد قليلا. ومثلما تسبح الكواكب في أفلاكها حول مركز
كتلة النظام الشمسي، فإن المجرّات تدور حول مركز كتلة حشدها. بيد أن
المجرّات كانت تسير في أفلاكها بسرعات كبيرة لم تمكِّن كتلتَها الإجمالية
من توفير قوى الجذب التثاقلي الكافية لجمعها معا. ويتعين على الحشود أن
تكون أثقل 100 مرة تقريبا من أثقال إجمالي المجرّات المرئية، وإلا لكانت
المجرّات غادرت الحشود منذ أمد بعيد. وكانت النتيجة الحتمية هي أن الحشود
كانت مكوّنة في معظمها من مادة «خفية» غير مرئية. ولكنْ ما هي هذه المادة؟

وهذان
السرّان ـ التوزّع غير المنظم للمجرات في الفضاء والطبيعة المجهولة
للمادة الخفية ـ ما انفكّا يؤرّقان مضاجع الفلكيين حتى أيامنا هذه. وقد
غدا أولهما أكثر إرباكا بعد اكتشاف إشعاع الخلفية الكوني المكروي الموجة
في منتصف الستينات. وهذا الإشعاع، الذي تولد بسرعة فائقة بعد الانفجار
الأعظم وقبل تكوّن المجرات والنجوم، سلس تماما تقريبا. وبطريقة ما تتنامى
حالات عدم الانتظام الضئيلة التي تشوبه لتكوِّن البنى الموجودة حاليا، لكن
هذه العملية مازالت غير واضحة. وفيما يتعلق بالمادة الخفية، فقد حصل
الفلكيون على معلومات أكثر قليلا عمّا كان متوافرا في أيام زويكي. بيد
أنهم مازالوا في وضع غير مريح بسبب جهلهم مكوّنات معظم الكون

ضوء من المادة الخفية
لقد
نجم عن المحاولات الدؤوبة لحل الألغاز التي تكتنف هذين السرين أن تسارعت
الاكتشافات المتعلقة بالحشود خلال السنوات الأربعين السابقة. ويعرف
الفلكيون الآن نحو 10000 منها. وجدير بالذكر أن الفلكي الأمريكي أبيل> قدّم أول قائمة موسعة في أوائل الخمسينات مستندا إلى الصور
الفوتوغرافية للسماء الشمالية الكلية التي حُصِلَ عليها من مرصد پالومار
في كاليفورنيا. وبحلول السبعينات شعر الفلكيون بأنهم فهموا على الأقل
الخواص الأساسية للحشود، فهي تتكون من مجرات منطلقة بسرعة مفرطة، وتربطها
معا مقادير ضخمة من المادة الخفية، كما أنها تشكيلات مستقرة وغير قابلة
للتغير.

وفي عام
1970 أُطلق ساتل جديد سمِّي أوهورو Uhuru (تعني «أوهورو» باللغة السواحلية
«الحرية») للدلالة على أنه أُطلق من كينيا. وقد بدأ هذا الساتل يرصد شكلا
من الأشعة تعذَّر على الفلكيين تقريبا الحصول عليها حتى هذا الوقت، ألا
وهي الأشعة السينية. وقد قام و
وزملاؤهما (من شركة صغيرة في ولاية ماساتشوستس، اسمها American Science
and Engineering) بتوجيه أوهورو شطر حشدي العذراء والذوّابة. وكان أن
وجدوا أنّ هذين الحشدين غيرُ مؤلّفين من مجرّات فحسب، بل أيضا من مقادير
هائلة من غاز يغشى الفضاء المحصور بين المجرّات. وكثافة هذا الغاز منخفضة
جدا إلى درجة تجعله لا يُرى في الضوء المرئي، لكنه حار جدا ـ إذ إن حرارته
أعلى من 25 مليون درجة سيلزية ـ وهذه الحرارة تجعله يصدر أشعة سينية.




يظهر حشد الذوابة مختلفا في الضوء المرئي (في اليسار) عنه في الأشعة
السينية (في اليمين). ففي الضوء المرئي يبدو مجرد تجمّع من المجرات، أمّا
في الأشعة السينية، فهو كرة ضخمة من الغاز الساخن قطرها نحو خمسة ملايين
سنة ضوئية.

وباختصار،
فقد وجد الفلكيون بعض المادة الخفية ـ 20 في المئة منها. ومع أن الغاز
وحده لا يكفي لكشف سر المادة الخفية كلها، فإن كتلته ليست أكبر من كتلة
جميع المجرّات مجتمعة. وإلى حدٍّ ما، فإن مصطلح «حشود المجرات» ليس دقيقا،
إذ إن هذه الحشود ليست سوى كرات من الغاز تنطمر فيها المجرات وكأنها بذور
في بطيخة [انظر:

"Rich Clusters of Galaxies," by P. Gorenstein - W. Tucker; Scientific American, November 1978].

ومنذ
أوائل السبعينات، وحتى الآن، رُصِد بثُّ الأشعة السينية عن طريق سواتل
أخرى مثل مرصد آينشتاين للأشعة السينية Einstein X-Ray Observatory، وساتل
رونتجن (روسات) Roentgen Satellite ROSAT ، والساتل المتقدم للكوسمولوجيا
والفيزياء الفلكية (أسكا) Advanced Satellite for Cosmology and
Astrophysics ASCA . وقد استخدمنا في بحثنا الخاص أرصاد ساتل رونتجن في
المقام الأول. ومقراب هذا الساتل، الذي كان أول مقراب للأشعة السينية يسجل
صورا لكامل السماء، مناسب جدا لإجراء أرصاد للأجسام المنتشرة الضخمة
كالحشود، وهو يقوم الآن بأخذ صور مفصلة لها. وقد مَكَّنَتْ هذه التقانة
الجديدة الفلكيين من توسيع مكتشفات ميسييه وزويكي وغيرهما من الرواد.



ويُرى
حشد الذوابة في الأشعة السينية شكلا منتظما في معظمه، لكنه يحوي قدرا
قليلا من التكتلات [انظر الشكل الأيسر في الصفحة 20]. ويبدو أن هذه
التكتلات مجموعات من المجرات ـ أي حشود مصغرة. ويسير أحد هذه التكتلات ـ
الموجودُ في الجنوب الغربي من حشد الذوّابة ـ باتجاه القسم المركزي من
الحشد، حيث توجد تكتلات أخرى. وبغية المقارنة، فإن لحشد العذراء شكلا غير
منتظم. وعلى الرغم من أن فيه مناطق تتسم بإصدار إضافي للأشعة السينية، فإن
هذه البقع الساطعة انبثقت من مجرّات ميسييه وليس من تكتلات من الغاز
والمنطقة المركزية في الجزء الشمالي من برج العذراء هي الوحيدة التي تتمتع
ببنية تناظرية تقريبا.

إن
امتصاص حشدٍ زمرةً من المجرات يجعله يتنامى إلى حجوم هائلة. وعند سَحْبِ
الزمرة نحو داخل الحشد بفعل الثقالة، فإنها تنطلق بسرعة دافعة الغاز إلى
جانبيها. وتندفع المجرّات نفسُها عبر الحشد، من دون أن يعيق تقدمَها الغازُ
غيرُ الكثيف. وفي نهاية المطاف تختلط المجرّاتُ والغاز مكوِّنة حشدا
موحَّدا يستمر في سحب زمر أخرى إلى أن لا يجد مزيدا منها.

لقد
دَفَعَتْ صور الأشعة السينية هذه الفلكيين إلى الاستنتاج بأن الحشود
تتكوَّن من اندماج زمر من المجرات. ومن الممكن الافتراض بأن التكتلات
الموجودة في الجزء المركزي من حشد الذوابة تمثِّل زمرا من المجرات سُحبت
نحو المركز من دون أن تهضم تماما هنالك. أما حشد العذراء فيبدو أنه تكوَّن
في مرحلة أبكر. ومازال هذا الحشد يَسحب إلى داخله مادة محيطة به، ويمكن
القول بأنه، بالمعدل الحالي لتطور حشد العذراء، سيصبح هذا الحشد بعد بضعة
بلايين من السنين شبيها بحشد الذوابة. ووجهة النظر التحريكية
(الديناميكية) التي تقول بأن هذه الحشود تبتلع المادة المجاورة لها، تناقض
تماما النظرية السكونية (الستاتيكية) التي تبناها الفلكيون منذ بضع سنوات
فقط.

ثلاثة
حشود مجرية في مراحل مختلفة من تطورها، كما تبدو في صور الأشعة السينية
(العمود الأيسر) وخرائط درجات الحرارة (العمود الأيمن). يقوم الحشد الأول،
وهو أبيل 2256، بابتلاع زمرة صغيرة من المجرات تتميز بحرارتها المنخفضة
نسبيا. ويشير اللون الأحمر على الخريطة إلى حرارة منخفضة نسبيا، والبرتقالي
إلى حرارة متوسطة، والأصفر إلى حرارة عالية.

قياس درجات حرارة الحشود

منذ
أن حصل الفلكيون على أول صور أشعة سينية جيدة في أوائل الثمانينات، فإنهم
كانوا يريدون قياس تغيرات درجة حرارة الغاز الذي يتخلل الحشود. لكن إجراء
هذه القياسات أمر أصعب كثيرا من التقاط الصور؛ لأنه يتطلب تحليلا لِطَيْف
الأشعة السينية لكل نقطة من الحشد. ومن ثَمّ لم تظهر أول خرائط لدرجات
الحرارة إلا في عام 1994.

الحشد
الثاني، أبيل 754، الذي يبعد مئات ملايين السنين، خلال هضمه زمرة مجرية.
وربما دَخَلَتِ الزمرة السيئة الحظ الحشدَ من الجهة الجنوبية الشرقية؛ لأن
الحشد متطاول في هذا الاتجاه. وقد انفصلت مجرات الزمرة عن غازاتها وشقت
طريقَها عبر الحشد.

لقد
بيّنت هذه الخرائطُ أن عملية تكوّن الحشود هي عملية عنيفة. وعلى سبيل
المثال، تُظْهِرُ صورُ حشدِ أبيل 2256 Abell أنه لا يوجد لإصدار الأشعة
السينية ذروة واحدة فقط بل اثنتان. هذا وإن الذروة الغربية أكثر انبساطا
بقليل، وهذا يوحي بأن زمرة من المجرات مندفعة في الحشد الرئيسي قد جرفت في
طريقها مادة، تماما كما تفعل المركَبة التي تُزيل الثلوجَ من الطرقات.
ومن شأن خريطة لدرجات الحرارة أن تدعم هذا التفسير

وقد
تَبيّن أن الذروة الغربية باردة نسبيا، إذ إن درجة حرارتها هي سمة
مميِّزة للغاز الموجود في زمرة من المجرات. ولمّا كانت زمر المجرات أصغر
من الحشود المجرية، فإن القوى التثاقلية تكون أضعف فيها، ومن ثَمّ فإن
سرعة جزيئات الغاز داخلها ـ أي درجات حرارتها ـ تكون أخفض. إن الزمرة
النموذجية تكون أثقل 50 تريليون مرة من ثقل الشمس، ولها حرارة تقدر بعشرة
ملايين درجة سيلزية. وبغية المقارنة، فإن ثقل حشد نموذجي يكبر ثقل الشمس
1000 تريليون مرة ويسجل درجة حرارة قدرها 75 مليون درجة سيلزية؛ وأثقل حشد
معروف يعادل خمسة أمثال ثقل هذا الحشد النموذجي، ودرجة حرارته أعلى ثلاث
مرات.

لقد
قطع الحشد الثالث (أبيل 1795) عدة بلايين من السنين منذ آخر وجبة
التهمها. إنّ كلا من سطوع أشعته السينية ودرجة حرارة غازه متناظران. ويوجد
في قلب الحشد بقعة باردة، هي منطقة من غاز كثيف أشع قدرا كبيرا من
حرارته.

من تطور المجرات إلى تطور الكون

ما
انفكّ الكونُ يتمدد منذ حدوث الانفجار الأعظم. وجميع الأجسام غير
المترابطة معا بفعل الثقالة أو قوى أخرى تتباعد عن بعضها. لكن هل يمكن أن
يستمر التمدد الكوني إلى الأبد، أم أنّ ثقالة كل المادة الموجودة في الكون
كافية لإيقافه؟ لقد أخفقت المحاولات التقليدية للإجابة عن هذا السؤال؛
لأنها تتطلب إحصاء دقيقا لمجموع ما في الكون من مادة. وهذه مهمة شاقة لأن
معظمها مادة خفية غير مرئية.




[center]الكثافة المتوسطة للكون (مقدّرة بالوحدات الكوسمولوجية)