ما هي حلقة آينشتاين؟ قصة الاكتشاف الفلكي الذي أذهل العلماء

في عام 2025، كان فريق من علماء الفلك يفحص حلقة من الضوء أقدم من الشمس عندما لاحظوا شيئاً لم يكن ينبغي أن يكون هناك؛ "قرصة" أو انضغاط صغير وحاد في منحنى الحلقة، في مكان كان ينبغي أن يكون فيه الضوء سلساً وانسيابياً.

هذه الحلقة هي ما يسميه علماء الفلك "حلقة أينشتاين"؛ وهي صورة مشوهة ومكبرة لمجرة بعيدة، تم انحناء ضوئها وتشويهه في طريقه إلينا بفعل جاذبية مجرة أخرى أقرب منها.

 

لقد درس الفريق هذه الحلقة بالذات لسنوات، وكانت معروفة للعلم منذ ما يقرب من ثلاثة عقود، ولكن هذه المرة، وباستخدام تقنية تحول الكوكب بأكمله إلى تلسكوب واحد، كانوا يرونها بوضوح أكبر من أي وقت مضى.

وفي أوضح صورة التُقطت لها على الإطلاق، كان هناك عيب؛ شيء ما كان يحني الضوء ولم يكن ينبغي له أن يفعل ذلك، شيء يمتلك كتلة تعادل مليون شمس. شيء لا يصدر أي ضوء على الإطلاق.

لا يمكننا رؤيته، ولا نعرف ما هو، ولكننا نعرف مكانه بالضبط وكم يزن، لأن الشيء الوحيد الذي يفعله بالكون من حوله هو السحب والـجذب.

 

 

 

لفهم ما وجده علماء الفلك، عليك أولاً أن تفهم كيف يمكن العثور على شيء لا يمكنك رؤيته.

 

تبدأ الإجابة مع ألبرت أينشتاين.

في عام 1915، عندما نشر أينشتاين النظرية النسبية العامة، اقترح أن الجاذبية ليست قوة تسحب الأجسام عبر الفضاء، بل هي انحناء في الفضاء نفسه. الكتلة تقوس الفضاء المحيط بها مثل كرة ثقيلة تستقر على ملاءة مشدودة فتخلق منخفضاً تتدحرج نحوه الأجسام الأخرى، ولأن الضوء يسافر عبر الفضاء، فإن الضوء يتبع تلك الانحناءات.

 

شعاع الضوء الذي يمر بالقرب من جسم ضخم لا يسير في خط مستقيم، بل ينحني. قام أينشتاين بحل المعادلات وتوقع أن جاذبية الشمس يجب أن تحني ضوء النجوم المارة بالقرب من حافتها. وفي عام 1919، خلال كسوف كلي للشمس، قام علماء الفلك بقياس ذلك الانحناء بدقة، وأصبح أينشتاين مشهوراً بين عشية وضحاها. لم يعد انحناء الضوء بفعل الجاذبية مجرد نظرية، بل أصبح حقيقة مقاسة في الكون.

 

هذه الحقيقة الواحدة - أن الكتلة تحني الضوء - تبين أنها واحدة من أقوى الأدوات في علم الفلك بأكمله. لأنه إذا وقع جسم ضخم بيننا وبين مصدر ضوء أكثر بعداً مباشرة، فإن جاذبية الجسم الأقرب لا تحني الضوء البعيد فحسب، بل تركزه؛ إنها تعمل كعدسة. الضوء القادم من خلفية الجسم، بدلاً من الوصول إلينا عبر مسار واحد، ينحني حول الكتلة الأمامية عبر مسارات عديدة في وقت واحد، ويصل ملطخاً أو ممتداً على شكل أقواس، أو صور متعددة، أو في الحالة الأكثر تماثلاً: حلقة كاملة من الضوء تحيط بالجسم الأمامي.

 

يسمي علماء الفلك هذا "عدسة الجاذبية"، ويسمون الحلقة "حلقة أينشتاين". إنها واحدة من أجمل الظواهر في السماء؛ حلقة من الضوء هي في الحقيقة مجرة واحدة بعيدة ملتفة حول مجرة أقرب بسبب انحناء الفضاء.

العدسة الجاذبية المحددة في مركز هذه القصة لها اسم ليس جميلاً على الإطلاق، إذ تُدعى: `JVAS B1938+666`. يأتي الاسم من المسح الفلكي الذي عثر عليها، ومن إحداثياتها في السماء باتجاه كوكبة "التنين" الشمالية الخافتة.

 

تم تحديدها لأول مرة كعدسة جاذبية في عام 1997 في مسح راديوي أُجري باستخدام المصفوفة الكبيرة جداً (Very Large Array) في نيو مكسيكو. وفي العام التالي، وباستخدام تلسكوب هابل الفضائي، التقط علماء الفلك ضوءها بالأشعة تحت الحمراء ورأوا أنها تشكل حلقة أينشتاين مثالية تقريباً. كانت هندسة النظام، بمجرد حلها، مذهلة؛ هناك مجرة في المقدمة، مجرة إهليلجية ضخمة نرى ضوءها مباشرة، غادرها ضوءها منذ حوالي 8 مليارات سنة.

وخلفها مباشرة، وعلى مسافة أبعد بكثير، توجد مجرة ثانية غادرها ضوءها منذ أكثر من 10 مليارات سنة، قبل وجود الأرض أو الشمس. جاذبية المجرة الأقرب تحني ضوء المجرة الأبعد إلى الحلقة التي نرصدها. نحن ننظر إلى مجرتين على مسافتين مختلفتين، نُسج ضوءهما معاً في صورة واحدة بواسطة انحناء الفضاء.

 

لعقود من الزمن، تمت دراسة هذه الحلقة كأمر مثير للفضول، كمثال كتابي نموذجي على عدسات الجاذبية. ولكن في عام 2012، أدركت عالمة الفلك سيمونا فيجيتي وزملائها أنه يمكن استخدامها لشيء أكثر طموحاً بكثير. يتحدد شكل حلقة أينشتاين من خلال توزيع الكتلة في العدسة الأمامية؛ إذا كانت الكتلة سلسة تماماً، فستكون الحلقة سلسة تماماً. ولكن إذا كانت هناك كتلة إضافية متكتلة في مكان ما في العدسة، تجمع صغير من المادة يقبع في أحد الجوانب، فإن ذلك سيشوه الحلقة قليلاً بطريقة يمكن قياسها.

 

من خلال دراسة الشكل الدقيق للحلقة، يمكنك اكتشاف وجود كتلة لا تنبعث منها أي ضوء خاص بها؛ يمكنك "وزن غير المرئي". في عام 2012، وباستخدام هذه الطريقة، رصد فريق فيجيتي تكتلاً مظلماً في هذا النظام بالذات، بكتلة قابلة للمقارنة بمجرة تابعة صغيرة لمجرتنا درب التبانة. كانت تلك واحدة من المرات الأولى التي يكتشف فيها أي شخص جسماً مظلماً على هذه المسافة الكبيرة حصرياً من خلال جاذبيته. وأثار هذا الاكتشاف سؤالاً استغرق الإجابة عليه أكثر من عقد من الزمن: ما هو أصغر شيء يمكن أن تجده هذه الطريقة؟

---

كان التكتل الذي رُصد عام 2012 كبيراً بمقاييس هذه الأمور؛ مئات الملايين من المرات كتلة الشمس. وتتوقع النظريات حول كيفية بناء الكون أنه ينبغي أن يكون هناك العديد من التكتلات الأخرى الأصغر حجماً والمبعثرة في كل مجرة. يُعتقد أن هذه التكتلات مكونة من المادة المظلمة؛ المادة غير المرئية التي تشكل معظم كتلة الكون والتي لم يتم رؤيتها بشكل مباشر أبداً. وإذا كانت موجودة، فإن التكتلات الأصغر ستشوه حلقة أينشتاين بشكل أكثر دقة، وبمقادير ضئيلة جداً لدرجة أنه لم يكن هناك تلسكوب حاد بما يكفي لقياسها.

 

للعثور عليها، ستحتاج إلى صورة للحلقة تكون أكثر حدة بكثير مما هو موجود. وجاءت هذه الصورة الأكثر حدة من تقنية تسمى "تداخل الخط الأساسي الطويل جداً" (Very Long Baseline Interferometry). الفكرة الكامنة وراءها بسيطة في صياغتها، وصعبة في تحقيقها؛ فقدرة التلسكوب على رؤية التفاصيل الدقيقة تعتمد على حجمه، فكلما كان التلسكوب أكبر، كانت الرؤية أكثر حدة. ولكن هناك طريقة لدمج العديد من التلسكوبات المنفصلة المنتشرة عبر سطح الأرض لتنسيق العمل معاً كما لو كانت أداة واحدة بعرض المسافة الفاصلة بينها.

 

من خلال ربط التلسكوبات الراديوية في قارات مختلفة ودمج إشاراتها بدقة متناهية، يمكن لعلماء الفلك إنشاء تلسكوب بحجم الكوكب فعلياً. هذه هي تقنية تداخل الخط الأساسي الطويل جداً، وهي تنتج بعضاً من أكثر الصور حدة في العلم بأكمله. عندما وجه فريق بقيادة جون ماكين هذا التلسكوب الذي بحجم الأرض نحو حلقة `JVAS B1938+666`، حصلوا على صورة لها أكثر تفصيلاً من أي صورة سبقتها.

 

وفي تلك الصورة، لم تكن الحلقة ممتدة بسلاسة؛ كان هناك انضغاط (قرصة). وصفه ماكين ببساطة، لقد رأوا - بحسب كلماته - "انضغاطاً دالاً في القوس الجاذبي"، تشوهاً صغيراً في مكان محدد من النوع الذي يمكن أن ينتجه تكتل مخفي من الكتلة. وبدأ الفريق، الذي ضم سيمونا فيجيتي وعالم الفلك دافيدي ماساري، العمل الشاق لقياسه. كان عليهم فصل التأثير الجاذبي لهذا الجسم الصغير عن التأثير الأكبر بكثير للمجرة الأمامية بأكملها، وعن كل مصدر آخر للكتلة على طول خط الرؤية.

 

وصفت فيجيتي العملية بأنها مليئة بالتحديات الشديدة ومثيرة للإثارة بشكل لا يصدق في آن واحد. وعندما انتهى الحساب، أنتج رقماً؛ كان الجسم المخفي يمتلك كتلة تعادل تقريباً مليون مرة كتلة الشمس. لقد كان، بفارق شاسع، أقل الأجسام المظلمة كتلة يتم رصدها على الإطلاق على مثل هذه المسافة، وهو أخف بنحو 100 مرة من الرقم القياسي السابق. وكان أبعد جسم يتم رصده في أي مكان في الكون من خلال جاذبيته وحدها، حيث يقع على بعد حوالي 10 مليارات سنة ضوئية في كون كان يبلغ نصف عمره الحالي فقط.

 

خذ لحظة لتتأمل ما يعنيه ذلك. 

هناك جسم هناك بكتلة مليون شمس، وهو ما يكفي ليكون مجرة صغيرة. يقع على بعد 10 مليارات سنة ضوئية من الأرض، ولا ينتج أي ضوء يمكن رصده؛ لا في الأطوال الموجية المرئية، ولا في الأشعة تحت الحمراء، ولا في الراديو. لقد نظرت الحساسية الفائقة للأدوات التي بُنيت على الإطلاق مباشرة إلى موقعه ولم تجد شيئاً.

 

السبب الوحيد الذي يجعلنا نعرف وجوده على الإطلاق هو أنه يترك بصمة على ضوء المجرة التي تقع خلفه؛ انضغاط في حلقة، تشوه في منحنى الفضاء. بكل طرق الرصد المباشرة، الجسم غير موجود، وبالطريقة غير المباشرة الوحيدة لـجاذبيته، هو موجود بلا أدنى شك؛ مليون كتلة شمسية من شيء غير مرئي تماماً على بعد 10 مليارات سنة ضوئية.

 

الافتراض الطبيعي سيكون أنه مجرة صغيرة خافتة، معتمة جداً بحيث لا يمكن رؤيتها من هذه المسافة، مصنوعة في الغالب من المادة المظلمة التي يعتقد علماء الفلك أنها تحيط بجميع المجرات. كانت تلك ستكون الإجابة السهلة، وكانت ستتلاءم بشكل مريح مع الصورة الحالية لكيفية بناء الكون. ولفترة وجيزة، بدا الأمر وكأن هذا هو ما كان عليه.

 

ولكن عندما أعاد الفريق بناء ليس فقط كتلة الجسم، بل الطريقة التي رُتبت بها تلك الكتلة في داخله، وجدوا شيئاً لم يتوافق مع الإجابة السهلة على الإطلاق. كان الشكل خاطئاً. كان الهيكل غير شبيه بأي شيء في كتالوج الأجسام المعروفة. وكلما نظروا عن كثب، أصبح الأمر أكثر غرابة. ما وجدوه، ولماذا جعل علماء الفلك يستخدمون عبارة "فئة جديدة من الأجسام"، هو النقطة التي تتحول عندها هذه القصة.

 

كان الشكل خاطئاً. عندما أعاد الفريق بناء ليس فقط مقدار الكتلة التي يحتوي عليها الجسم المخفي بل كيف تم ترتيب تلك الكتلة في داخله، فإن النتيجة لم تطابق أي جسم في كتالوج الأشياء المعروفة. ولفهم السبب، عليك أن تفهم ما كان يتوقع علماء الفلك العثور عليه. ولفهم ذلك، عليك أن تفهم ما يعتقدون أن هذه التكتلات غير المرئية مصنوعة منه.

 

لما يقرب من قرن من الزمان، عرف علماء الفلك أن الكون يحتوي على كتلة أكبر بكثير مما يمكننا رؤيته. جاءت أول علامة واضحة في الثلاثينيات عندما قام عالم الفلك فريتز زفيكي بقياس سرعات المجرات في عنقود مجري بعيد ووجد أنها تتحرك بسرعة كبيرة جداً. المادة المرئية - النجوم والغاز - لم تكن تمتلك جاذبية كافية على الإطلاق لإبقاء العنقود متماسكاً؛ شيء آخر، شيء غير مرئي كان يوفر قوة السحب الإضافية.

 

وبعد عقود، وجدت عالمة الفلك فيرا روبين الشيء نفسه داخل المجرات الفردية؛ فالنجوم الموجودة عند حواف المجرات الحلزونية تدور بسرعة كبيرة تجعلها من المفترض أن تتطاير وتتشتت، ومع ذلك فهي لا تفعل ذلك. هناك جاذبية موجودة أكثر مما يمكن للمادة المرئية أن تفسره.

 

المادة المسؤولة عن ذلك لم تُشاهد بشكل مباشر أبداً؛ فهي لا تنبعث منها ضوء، ولا تتفاعل مع المادة العادية بأي طريقة يمكننا رصدها بسهولة باستثناء من خلال الجاذبية. يسميها علماء الفلك المادة المظلمة. وبناءً على كل قياس يمكننا إجراؤه، فإن هناك ما يقرب من خمسة أضعاف منها في الكون مقارنة بجميع المواد العادية التي تشكل النجوم والكواكب والبشر مجتمعين.

 

الزاوية والنظرية الرائدة للمادة المظلمة تُسمى "المادة المظلمة الباردة" (Cold Dark Matter). في هذه الصورة، تتكون المادة المظلمة من جزيئات بطيئة الحركة تتكتل معاً تحت تأثير جاذبيتها الخاصة. في الكون المبكر، تجمعت هذه الجزيئات في هالات؛ سحب كروية شاسعة من الكتلة غير المرئية. بعد ذلك، سقطت المادة العادية في هذه الهالات، وبردت، وشكلت المجرات التي نراها اليوم. كل مجرة في هذه الصورة تقبع في مركز هالة أكبر بكثير من المادة المظلمة.

 

وحول كل هالة كبيرة، تتوقع النظرية وجود سرب من الهالات الأصغر حجماً؛ "الهالات الفرعية" (Sub-halos)، والتي تتراوح أحجامها من حجم المجرات الصغيرة نزولاً إلى تكتلات صغيرة جداً لدرجة أنها لم تتمكن أبداً من تشكيل نجم واحد. معظم هذه الهالات الفرعية ستكون مظلمة تماماً؛ لن تحتوي على نجوم على الإطلاق، مجرد مادة مظلمة غير مرئية باستثناء جاذبيتها. ويُعتقد أن التكتلات التي تشوه حلقات أينشتاين هي هذه الأجسام بالضبط. إن العثور عليها وقياسها هو أحد الطرق الوحيدة لاختبار ما إذا كانت نظرية المادة المظلمة الباردة صحيحة أم لا.

 

تقدم المادة المظلمة الباردة تنبؤاً محدداً حول شكل هذه التكتلات. تمتلك هالة المادة المظلمة الباردة ملفاً مميزاً للكثافة (Density Profile)؛ فهي تكون الأكثر كثافة في المركز وتخف تدريجياً نحو الحواف، متبعة منحنى رياضياً معيناً أعادت المحاكاة إنتاجه آلاف المرات. والأهم من ذلك، تتوقع النظرية مدى تركيز الهالة لكتلة معينة؛ فتكتل يبلغ مليون كتلة شمسية يجب أن تكون كتلته مبعثرة وممتدة بطريقة محددة وقابلة للتنبؤ؛ ليست كثيفة جداً في المركز، وليست مدمجة ولزجة للغاية.

 

تم اختبار نموذج المادة المظلمة الباردة مقابل الهالات الكبيرة حول المجرات والعناقيد، وفي معظم الأحيان، نجح النموذج، وتطابقت الأشكال. وهذا هو أحد الأسباب التي جعلت النظرية تصمد وتستمر طوال هذا الوقت.

 

لكن الجسم الموجود في حلقة أينشتاين في كوكبة التنين لا يطابق هذا الوصف. كتلته ليست مبعثرة في المنحنى اللطيف والقابل للتنبؤ الذي تفرضه المادة المظلمة الباردة. بدلاً من ذلك، وجد الفريق أن الجسم يمتلك نواة مركزية فائقة الكثافة، تركيزاً ضيقاً للمادة في مركزه يشكل ما يقرب من ربع كتلته الإجمالية.

 

وصف دافيدي ماساري، أحد أعضاء الفريق، هذه الغرابة بشكل مباشر: "الجسم كثيف بشكل خاص في المركز" كما أوضح، "ولكنه يمتد بعد ذلك بشكل هائل. إنه ليس موزعاً بشكل موحد. يبدو الأمر كما لو كان هناك جسم مدمج للغاية في المركز، ثم يستمر ملف الكثافة في الامتداد إلى مسافات أكبر بكثير من تلك التي تُلاحظ عادة في المجرات أو الأنظمة النجمية ذات الكتلة المماثلة". قلب مدمج وكثيف ملفوف في هالة شاسعة تشبه القرص تمتد إلى مسافات أبعد بكثير مما ينبغي لها.

 

لخص الباحثون الأمر في جملة واحدة تلخص المشكلة بأكملها: "إنه ليس مجرد كرة كثيفة؛ هيكله يقع في مكان ما بين مجرة فائقة الاندماج وسحابة ضخمة من المادة المظلمة".

 

هذا هو قلب اللغز. الإجابات السهلة كلها تفشل هنا، وتفشل للسبب نفسه. تأمل الإجابة السهلة الأولى؛ وهي أن الجسم عبارة عن مجرة صغيرة خافتة. إن مجرة بهذا الصغر، بكتلة مليون كتلة شمسية، ستظل تحتوي على بعض النجوم، وهذه النجوم ستصدر بعض الضوء. وعلى بعد 10 مليارات سنة ضوئية، سيكون الضوء خافتاً، ولكن تلسكوب جيمس ويب الفضائي - وهو الأداة الأكثر حساسية للأشعة تحت الحمراء التي بُنيت على الإطلاق - يجب أن يكون قادراً على اكتشاف بصيص أو أثر منه على الأقل.

 

حتى الآن، لم يكتشف شيئاً. ولم تكتشف التلسكوبات الراديوية الأكثر حساسية شيئاً أيضاً. الجسم ليس مجرد خافت؛ يبدو أنه مظلم تماماً، وهو أمر يصعب تفسيره للغاية إذا كان مجرة مصنوعة من النجوم، فالمجرات تضيء حتى وإن كانت صغيرة.

 

تأمل الإجابة السهلة الثانية؛ وهي أن الجسم عبارة عن تكتل عادي من المادة المظلمة الباردة، هالة فرعية مظلمة من النوع الذي تتوقعه النظرية. هذا التفسير يتعامل مع غياب الضوء؛ فالتكتل النقي من المادة المظلمة لن يحتوي على نجوم ولن يبعث أي شيء. ولكنه يفشل في تفسير الشكل؛ فالتكتل العادي للمادة المظلمة الباردة بهذه الكتلة لا ينبغي أن يمتلك نواة مدمجة وكثيفة تشكل ربع كتلته؛ يجب أن يكون أكثر انتشاراً ومبعثراً، متبعاً منحنى الكثافة اللطيف الذي تتوقعه النظرية.

 

الجسم مركز ومكدس للغاية، مركزه ضيق وقاسٍ جداً. بمقاييس المادة المظلمة الباردة، لا ينبغي لتكتل بهذا الصغر أن يكون قادراً على حزم وتكديس هذا القدر من الكتلة في هذه المساحة الصغيرة.

 

إذا كنت لطيفاً بما يكفي، فإن نقرة لطيفة على زر الإعجاب والاشتراك ستعني العالم بالنسبة لي؛ إنها لفتة صغيرة، لكنني أحملها بامتنان عميق لأن كل جزء من دعمكم يحافظ على هذا الكون الصغير حياً.

 

وهنا يصبح الاكتشاف أكثر من مجرد جسم غريب واحد. لأن هذه ليست المرة الأولى التي يجد فيها علماء الفلك تكتلاً مظلماً شديد التركيز والمدمج. هناك منظومة عدسة جاذبية أخرى، نظام يُدعى `SDSS J0946+1006`، ويُلقب بـ "عدسة الجائزة الكبرى" (The Jackpot Lens) لأنه يحتوي ليس على مجرة واحدة بل على مجرات متعددة ومصطفة في الخلفية.

 

داخل عدسة الجائزة الكبرى، اكتشف علماء الفلك هالة فرعية مظلمة منذ سنوات. وعندما تم قياس كثافتها بعناية، تبين أنها هي الأخرى أكثر تركيزاً ومدمجة مما تسمح به المادة المظلمة الباردة. قامت عدة فرق مستقلة الآن بدراستها باستخدام طرق مختلفة وتوصلت إلى نفس النتيجة غير المريحة: الهالة الفرعية في عدسة الجائزة الكبرى كثيفة ومدمجة للغاية، وهي تنحرف عن تنبؤات محاكاة المادة المظلمة الباردة، وليس لها تفسير مريح ومستقر ضمن النظرية القياسية.

 

---

حتى التكتل المظلم الذي عُثر عليه في الأصل في نظام `JVAS B1938+666` في عام 2012 تمت إعادة فحصه منذ ذلك الحين، وتبين أنه أكثر تركيزاً ومدمجاً مما كان متوقعاً. ثلاثة أجسام مظلمة في ثلاثة قياسات منفصلة، كلها أكثر كثافة مما تتوقعه النظرية الرائدة للمادة المظلمة. إن وجود شذوذ واحد يمكن أن يكون خطأ في القياس أو صدفة إحصائية، أما النمط فهو شيء آخر.

 

يقترح النمط أن النظرية نفسها قد تكون غير مكتملة، وأن هناك شيئاً ما يتعلق بطبيعة المادة المظلمة لا يحيط به نموذج المادة المظلمة الباردة القياسي. وهكذا، أصبح الجسم الغريب في حلقة أينشتاين في كوكبة التنين حالة اختبار تخضع لتدقيق شديد، ليس فقط لما هو عليه، بل لما قد يكشفه عن المادة غير المرئية التي تشكل معظم كتلة الكون.

 

هناك نظريات منافسة للمادة المظلمة، وبعضها يتوقع وجود تكتلات أكثر كثافة. أحد البدائل يسمى "المادة المظلمة ذات التفاعل الذاتي" (Self-Interacting Dark Matter). في الصورة القياسية للمادة المظلمة الباردة، تمر جزيئات المادة المظلمة عبر بعضها البعض مثل الأشباح، وتتفاعل فقط من خلال الجاذبية. ولكن في صورة التفاعل الذاتي، يمكن لجزيئات المادة المظلمة أن تتصادم وتبادل الطاقة مع بعضها البعض، على الأقل في بعض الأحيان.

 

تحت ظروف معينة، يمكن لهذه التفاعلات أن تتسبب في انهيار قلب هالة المادة المظلمة نحو الداخل، لتصبح أكثر كثافة بكثير مما كانت ستكون عليه بخلاف ذلك. إن هالة المادة المظلمة ذات التفاعل الذاتي في أواخر عمرها يمكن أن تطور بالضبط نفس نوع النواة المدمجة والكثيفة التي يبدو أن الجسم في نظام `JVAS B1938+666` يمتلكها. بالنسبة لعلماء الفلك الذين يدرسون هذه الأنظمة، يعد هذا أحد أكثر الاحتمالات إثارة للاهتمام؛ فقد تكون هذه التكتلات المظلمة المفرطة التركيز دليلاً على أن المادة المظلمة ليست تلك المادة الشبحية البسيطة للنموذج القياسي، بل هي شيء يمكنه التفاعل مع نفسه والانهيار والتركيز.

 

وهناك بديل آخر، وهو أكثر غوياً وغرابة، يُسمى "المادة المظلمة الضبابية" (Fuzzy Dark Matter) أو "المادة المظلمة الموجية" (Wave Dark Matter). في هذه الصورة، تتكون المادة المظلمة من جزيئات خفيفة الوزن بشكل غير عادي لدرجة أنها تتصرف بشكل أقل كجزيئات وبشكل أكبر كموجات تنتشر عبر مسافات شاسعة. بموجب هذه النظرية، سيكون لهالات المادة المظلمة نوع معين من الهياكل المركزية الكثيفة، وهي "سوليتون" (Soliton)؛ موجة مستقرة ذاتية التعزيز من المادة المظلمة في القلب. وقد بدأ بعض الباحثين في اختبار ما إذا كانت النوى الكثيفة في أنظمة العدسات هذه تطابق تنبؤات المادة المظلمة الضبابية أيضاً.

 

الوضع الصادق والواقعي هو أننا لا نعرف بعد أي من هذه التفسيرات - إن وجد - هو الصحيح. فالقياس يقع عند الحد الأقصى لما يمكن للتلسكوبات الحالية تحقيقه؛ فالجسم يبلغ مليون كتلة شمسية وعلى بعد 10 مليارات سنة ضوئية، وتم اكتشافه فقط من خلال انضغاط في حلقة من الضوء. إن التمييز بين المادة المظلمة الباردة، والمادة المظلمة ذات التفاعل الذاتي، والمادة المظلمة الضبابية على أساس ملف الكثافة لجسم واحد يقع عند حافة الحدود الممكنة.

 

وهناك احتمال آخر، وهو الاحتمال الذي منح الجسم لقبه المثير والدرامي: النواة الكثيفة يمكن أن تكون ثقباً أسود. إن تركيز الكتلة الذي يشكل ربع الكتلة الإجمالية للجسم والمعبأ في مركزه تماماً يتوافق مع نواة نجمية كثيفة أو ثقب أسود يقبع في قلب التكتل. إذا كان هناك ثقب أسود ذو كتلة كبيرة مغروساً في هالة من المادة المظلمة، فقد يفسر ذلك التركيز المركزي الضيق. هذا هو أصل الأوصاف التي تم تداولها عن جسم يمتلك ثقباً أسود كقلب له.

 

ومن المهم أن نكون دقيقين بشأن ما تبينه القياسات بالفعل؛ تشير البيانات إلى تركيز مركزي كثيف للغاية يتوافق مع ثقب أسود أو نواة كثيفة من نوع ما، لكنها لا تثبت وجود ثقب أسود هناك. فالجسم بعيد جداً، وخافت جداً، ومتشابك ومندمج للغاية مع المجرة الأكثر كبرًا التي تقع أمامه بحيث لا يمكن تأكيد أي من هذه الاحتمالات. ما تثبته البيانات هو الشكل، أما تفسير هذا الشكل فيبقى مفتوحاً.

 

هذا هو الوضع الغريب الذي يجد علماء الفلك أنفسهم فيه؛ لقد قاسوا بدقة حقيقية جسماً لا يمكنهم رؤيته على بعد 10 مليارات سنة ضوئية، وحددوا أن بنيته الداخلية لا تطابق النظرية القياسية لكيفية بناء الكون. ولديهم عدة تفسيرات مرشحة، كل منها يشير نحو شيء عميق؛ فإذا كانت مادة مظلمة ذات تفاعل ذاتي، فإن طبيعة الكون المظلم أكثر تعقيداً مما كنا نظن. وإذا كانت مادة مظلمة ضبابية، فإن الجسيم الأساسي أغرب مما تخيلنا. وإذا كان ثقباً أسود مغروساً في هالة مظلمة، فقد وجدنا نوعاً من الأجسام لم نكن نعلم بوجوده على تلك المسافة وذلك المقياس. كل تفسير بطريقته الخاصة يشير إلى ما وراء حدود المعرفة الحالية. وما لا يسمح به أي منها هو أن يكون الجسم طبيعياً؛ فمهما كان، فهو ليس مجرة نموذجية، وليس تكتلاً نموذجياً للمادة المظلمة الباردة. إنه شيء لم يتوقعه النموذج القياسي، وجدناه في مكان لم نكن قادرين على النظر إليه إلا بالكاد باستخدام تقنية تقع عند الحافة القصوى للمستطاع.

 

والسؤال عن ماهية هذا الجسم في الواقع، وما الذي يتطلبه الأمر للإجابة على هذا السؤال في النهاية، هو النقطة التي تصل عندها هذه القصة إلى مرحلتها النهائية والأكثر صعوبة. وللإجابة على سؤال ما هو الجسم في الواقع، يحتاج علماء الفلك إلى فعل شيء يبدو بسيطاً وهو في الواقع صعب للغاية؛ إنهم بحاجة إلى النظر إليه مرة أخرى باستخدام نوع مختلف من التلسكوبات ومعرفة ما إذا كان ينبعث منه أي ضوء على الإطلاق.

 

تفسير الجسم بالكامل يتوقف على هذا الاختبار الفردي، وللاختبار نتيجتان محتملتان، تشير كل منهما إلى اتجاه مختلف تماماً. الأداة الأكثر ملاءمة لهذه المهمة هي تلسكوب جيمس ويب الفضائي؛ وهو التلسكوب الأكثر حساسية للأشعة تحت الحمراء الذي بُني على الإطلاق، والمصمم بدقة لاكتشاف الضوء الخافت القديم للأجسام الواقعة عند حافة الكون المرصود.

 

إذا كان الجسم في نظام `JVAS B1938+666` مجرة صغيرة، حتى لو كانت خافتة جداً، فلا بد أنها تحتوي على بعض النجوم، وتلك النجوم لا بد أن تبعث بعض الضوء في الأشعة تحت الحمراء. وتحديق تلسكوب جيمس ويب الفضائي في الموقع الدقيق الذي حدده قياس الجاذبية قد يمكنه من رصد ذلك التوهج الخافت. وإذا فعل ذلك، فإن الغموض يلين وينقشع بشكل كبير؛ حيث سيصبح الجسم مجرة قزمة غير عادية، مجرة تمتلك هالة مظلمة مكثفة ومتركزة بشكل غريب، ولكنها مجرة على أي حال، شيء مصنوع جزئياً من النجوم، وتتلاءم - وإن كان بصعوبة - مع الصورة الحالية للكون.

 

ولكن إذا نظر تلسكوب جيمس ويب الفضائي ولم يرَ شيئاً، فإن الوضع يتغير تماماً. إن وجود مليون كتلة شمسية من المادة تقبع في موقع معروف، دون أن تبعث أي ضوء بالأشعة تحت الحمراء على الإطلاق، سيكون من الصعب جداً تفسيره على أنه أي شيء مصنوع من نجوم عادية. وسيعني ذلك أن الجسم مظلم حقاً، ويتكون بالكامل تقريباً من مادة مظلمة مع وجود القليل من المادة العادية أو انعدامها تماماً. وهذا، مقترناً بشكله الغريب والمفرط في التركيز، سيضعه خارج كل فئة مريحة لدينا. لن يتناسب مع نموذج المادة المظلمة الباردة القياسي لأنه مركز للغاية، ولن يتناسب مع صورة المجرة الخافتة لأنه لا يمتلك ضوءاً. وسيكون - بالكلمات التي استخدمها الفريق - "فئة جديدة من الأجسام المظلمة"؛ شيء يحتوي عليه الكون ولم تتوقعه نظرياتنا.

 

إن غياب الرصد في هذه الحالة سيكون النتيجة الأكثر أهمية على الإطلاق؛ فأحياناً في العلم، يكون عدم العثور على أي شيء حيث كنت تتوقع شيئاً هو الاكتشاف. هذه ميزة غريبة لكيفية تقدم المعرفة عند الحدود؛ فالملاحظة الأكثر أهمية وتأثيراً قد تكون تلك التي تعود فارغة وخالية الوفاض. فإذا رصد تلسكوب جيمس ويب ضوء النجوم الخافت، نتعلم أن الجسم مجرة غير عادية وينحني النموذج القياسي ليستوعبها. وإذا لم يرصد شيئاً، نتعلم أن هناك شيئاً في الكون لا يمكننا تفسيره، وقد يحتاج النموذج القياسي إلى الكسر والتغيير. كلتا النتيجتين قيمتان، لكنهما تشيران إلى اتجاهين متعاكسين، وفي الوقت الحالي، لا نعرف في أي اتجاه ستسقط الإجابة.

 

هذا التوجس وعدم اليقين، المعلق بين احتمالين، هو بالضبط المكان الذي تقف فيه العلوم حالياً. ومهما كانت الإجابة بالنسبة لهذا الجسم بالذات، فإن التقنية التي عثرت عليه تقترب من أن تصبح أكثر قوة بكثير. لقد كان الرصد في نظام `JVAS B1938+666` شاقاً ومضنياً، ونتيجة لسنوات من العمل على نظام واحد دفع التلسكوبات الحالية إلى حدودها القصوى. لكن جيلاً جديداً من الأدوات قادم، وسيغير هذا النوع من البحث من إنجاز نادر إلى مسح منهجي شامل.

 

من المتوقع أن يكتشف تلسكوب "إقليدس" التابع لوكالة الفضاء الأوروبية، والذي أُطلق لرسم هندسة الكون المظلم، مئات الآلاف من العدسات الجاذبية الجديدة مقارنة ببضع مئات معروفة اليوم. وكل واحدة منها هي مسبار محتمل للبنية التحتية للمادة المظلمة، وكل واحدة يمكن أن تحوي تكتلها المخفي، انضغاطها الخاص في حلقة من الضوء. ومصفوفة الكيلومتر المربع (Square Kilometre Array)، وهي مرصد راديوي يتم بناؤه عبر قارتين، ستوفر الدقة والدقة الفائقة لدراستها بتفاصيل غير عادية. إن الجسم الغريب الفردي في نظام `JVAS B1938+666` هو بالمعنى الحرفي للكلمة أول الغيث لفيضان قادم.

 

ولهذا السبب يكتسب الاكتشاف أهمية تتجاوز ذاته. فمنذ 90 عاماً، كانت المادة المظلمة واحدة من أعمق المشاكل غير المحلولة في الفيزياء. نحن نعلم أنها هناك، ويمكننا قياس جاذبيتها، ورسم خرائط لأماكن وجودها. وبحسب كل تقدير، تشكل المادة المظلمة ما يقرب من 85% من جميع المواد في الكون. وكل شيء يمكننا رؤيته - كل نجم وكوكب ومجرة - هو مكون أقلية، طبقة رقيقة من المواد المضيئة العائمة على بحر شاسع غير مرئي. ومع ذلك، وبعد عقود من البحث، ما زلنا لا نعرف ما هي المادة المظلمة في الواقع. لم نرصد جسيماً واحداً للمادة المظلمة في أي مختبر، ولم نرها تتفاعل مع أي شيء باستثناء من خلال الجاذبية. وتظل المكون الأكبر المعروف للكون المادي والأقل فهماً.

 

طوال معظم ذلك التاريخ، كانت الطريقة الوحيدة لدراسة المادة المظلمة هي مراقبة تأثيراتها على أكبر المقاييس؛ دوران المجرات، حركة العناقيد، انحناء الضوء عبر مسافات هائلة. أخبرتنا هذه الملاحظات عن كمية المادة المظلمة الموجودة ومكانها تقريباً، لكنها أخبرتنا بالقليل جداً عن طبيعتها التفصيلية. 

التقنية التي عثرت على الجسم في نظام `JVAS B1938+666` تقدم شيئاً جديداً؛ فمن خلال قياس الشكل الدقيق للتكتلات المظلمة الفردية، كثافتها، تركيزها، الطريقة التي تتوزع بها كتلتها، يمكن لعلماء الفلك البدء في اختبار النظريات المختلفة حول ماهية المادة المظلمة.

 

إن التكتل المفرط في التركيز والمدمج بالنسبة للمادة المظلمة الباردة قد يكون دليلاً على المادة المظلمة ذات التفاعل الذاتي. 

والتكتل الذي يمتلك نوعاً معيناً من النواة المركزية قد يشير نحو المادة المظلمة الضبابية. وللمرة الأولى، أصبحت البنية الداخلية التفصيلية للمادة المظلمة - بدلاً من مجرد كميتها الإجمالية - شيئاً يمكننا قياسه. الجسم الغريب ليس مجرد أمر يثير الفضول؛ إنه نقطة بيانات في واحد من أهم الأسئلة في الفيزياء: سؤال مما يتكون معظم الكون؟

 

ومن الجدير بالذكر تقدير مدى اختلاف هذا النهج عن الطريقة التي أمضى بها الفيزيائيون عقوداً وهم يحاولون اصطياد المادة المظلمة بشكل مباشر. ففي أعماق الأرض في المناجم والأنفاق، والمحمية من الأشعة الكونية، بنى الباحثون كواشف هائلة وحساسة بشكل رائد؛ خزانات من الزينون السائل ومصفوفات من البلورات الفائقة التبريد، تنتظر رتلاً أو جزيئاً واحداً من المادة المظلمة ليصطدم بنواة ذرية وينتج ومضة صغيرة من الضوء أو الحرارة. 

والفكرة هي أن الأرض أثناء حركتها عبر هالة المادة المظلمة للمجرة، يجب أن تمر عبر رياح مستمرة من هذه الجزيئات، وأنه لمرة واحدة كل فترة طويلة، يجب أن يصطدم أحدها بشيء ما في الكاشف. لأكثر من 30 عاماً، نمت هذه التجارب لتصبح أكبر وأكثر حساسية، ولأكثر من 30 عاماً، لم تجد شيئاً. 

ولم يتم إجراء أي رصد مؤكد لجزيء مادة مظلمة على الإطلاق. 

كما أن الجزيئات المرشحة المفضلة لدى فيزيائيي الجسيمات، والتي كان يُتوقع ذات يوم ظهورها في أقوى المعجلات في العالم، لم تظهر أيضاً.

 

وفي مقابل تلك الخلفية، يقدم النهج الجاذبي نوعاً مختلفاً من الأمل؛ فهو لا يحاول اصطياد جزيء واحد، بل يدرس المادة المظلمة بالطريقة الوحيدة التي كشفت بها المادة المظلمة عن نفسها بشكل موثوق: من خلال الجاذبية. ولكنه يفعل ذلك بمستوى جديد من التفصيل؛ فبدلاً من السؤال عما إذا كانت المادة المظلمة موجودة - وهو ما نعرفه بالفعل - أو كم تبلغ كميتها - وهو ما يمكننا تقديره بالفعل - فإنه يطرح سؤالاً أكثر دقة وتطوراً: ما هو الشكل الذي تتخذه المادة المظلمة عندما تتجمع في تكتل بحجم مجرة صغيرة؟ 

وهل يتوافق هذا الشكل مع المادة المظلمة الباردة أم أنه يتطلب شيئاً آخر؟ 

إن الجسم في نظام `JVAS B1938+666` وحفنة الأجسام المماثلة التي تتم دراستها الآن هي من بين الحالات الأولى التي يمكن فيها وضع هذا السؤال قيد الاختبار الفعلي في مواجهة البيانات الحقيقية. الكواشف الأرضية تحت الأرض تبحث عن الجسيم وتجد الصمت، وعدسات الجاذبية تبحث عن الشكل وتجد شيئاً غريباً. 

ومن الممكن أن تأتي الإجابة على ماهية المادة المظلمة ليس من ومضة في خزان زينون، بل من الخطوط الكنتورية الدقيقة لتكتل غير مرئي يحني ضوء مجرة عند حافة الزمن.

 

هناك شيء يستحق التوقف عنده في كل هذا، حقيقة أساسية جداً لدرجة أنه من السهل التغاضي عنها؛ كل ما نعرفه تقريباً عن الكون نعرفه بسبب الضوء؛ ضوء النجوم، ضوء المجرات، موجات الراديو والأشعة تحت الحمراء والأشعة السينية التي تملأ السماء. لقد كان علم الفلك في معظم تاريخه دراسة للضوء، لكن الجسم في نظام `JVAS B1938+666` لا ينبعث منه ضوء. لقد تم العثور عليه وقياسه وتوصيفه بالكامل من خلال جاذبيته، من خلال الطريقة التي يحني وينضغط بها ضوء شيء آخر. وتذكير بأن الكون المضيء - كون الأشياء التي تشع - ليس الكون بأكمله، وقد لا يكون حتى معظمه. هناك كون أكثر ظلاماً في الأسفل، مصنوع من مادة لا تعطي شيئاً يمكننا رصده، ولا يمكننا معرفتها إلا بالطريقة التي تقوس بها الفضاء المحيط بها.

 

الجسم الغريب هو مثال بعيد واحد على ذلك الكون الأكثر ظلاماً، أصبح مرئياً لفترة وجيزة ليس بضوءه الخاص، بل بالظل الذي يلقيه في ضوء مجرة تقع على بعد 10 مليارات سنة ضوئية. 

تأمل ما تطلبه الأمر للعثور عليه؛ مجرة أرسلت ضوءاً منذ أكثر من 10 مليارات سنة في جميع الاتجاهات، سافر جزء من ذلك الضوء نحو ما سيصبح في النهاية الأرض. وفي طريقه، مر بمجرة أقرب حنته جاذبيتها إلى حلقة. وقبع في تلك المجرة القريبة أو في مكان ما على طول خط الرؤية جسم غير مرئي، مليون كتلة شمسية من شيء مظلم ضغط الحلقة بمقدار ضئيل شبه غير قابل للقياس. 

وسافر ذلك الضوء لمدة 10 مليارات سنة عبر توسع الكون حتى وصل إلى شبكة من التلسكوبات الراديوية المنتشرة عبر سطح كوكب صغير، تلسكوبات جمعت إشاراتها لتعمل كأداة واحدة بحجم الأرض.

وفي التشويه الخافت لتلك الحلقة القديمة من الضوء، قرأ فريق من علماء الفلك وجود شيء لا يمكنهم رؤيته، ووزنوه ووجدوا أن شكله لا يطابق أي شيء يفهمونه. إن سلسلة الاستدلال طويلة بشكل لا يصدق تقريباً، ومع ذلك، في نهايتها، هناك رقم، وكتلة، وشكل، ولغز حقيقي تماماً.

 

نحن لا نعرف ما هو الجسم، ولا نعرف ما إذا كان يحوي ثقباً أسود في مركزه، أو ما إذا كانت نواته الكثيفة هي البصمة المميزة للمادة المظلمة التي تنهار على نفسها، أو ما إذا كان شيئاً أكثر غرابة لا يصفه أي تنظير حالي. ولا نعرف ما إذا كان تلسكوب جيمس ويب الفضائي عندما ينظر في النهاية سيجد أثراً لضوء النجوم أو لا شيء على الإطلاق. ولا نعرف كم من الأجسام المماثلة له تنتظر في مئات الآلاف من عدسات الجاذبية التي سيكشفها الجيل القادم من التلسكوبات.

ما نعرفه هو أن هناك شيئاً على بعد 10 مليارات سنة ضوئية بكتلة مليون شمس لا يعطي أي ضوء، وبنيته لا تتناسب مع النظريات التي بنيناها؛ لقد أعلن عن نفسه لنا كـانضغاط في حلقة. وقد يتبين أن ذلك التشوه الصغير في ضوء مجرة بعيدة هو أحد اللمحات الواضحة الأولى لجزء من الكون لطالما عرفنا بوجوده هناك ولم نتمكن قط من رؤيته.

 

في معظم التاريخ البشري، كانت السماء ليلاً خريطة من الأضواء، نقاط من السطوع قمنا بتنظيمها في كوكبات وقصص وتحولت في النهاية إلى علم. وكان يُفترض أن الظلام بين الأضواء فارغ، خلفية، غياب للأشياء.

نحن نعلم الآن أن الظلام ليس فارغاً؛ إنه ممتلئ. إنه مليء بمادة لا يمكننا رؤيتها بكميات تقزم كل ما يضيء. الأضواء التي طالما درسنا هي الاستثناء، والظلام هو القاعدة. وفي مكان ما في ذلك الظلام على بعد 10 مليارات سنة ضوئية، هناك جسم بكتلة مليون شمس يحافظ على شكله بطريقة لا ينبغي أن تكون ممكنة، ينتظر تلسكوباً حساساً بما يكفي لتحديد ما هو.

لقد كان هناك يلقي بظله الصغير في ضوء مجرة بعيدة لفترة أطول من وجود الأرض؛ كان هناك قبل أن يكون هناك أي شخص يتساءل عنه، وسيكون هناك بعد ذلك بوقت طويل. في الوقت الحالي، نعرف فقط أنه حقيقي، وأنه مظلم، وأنه لا يتناسب؛ والباقي، مثل معظم الكون، يظل في الظل، ينتظر في مكان تعلمنا للتو كيف ننظر إليه.

تعديل المقال