لماذا لا يكفي أن تقول "يجب ألا يكون هناك ضوء"

راقب جمال الحياة. انظر إلى النجوم وكيف تركض معهم.
- ماركوس أوريليوس

تخيل سماء الليل التي تعرفها. بعيدًا عن المدن في ليلة بلا قمر ، في أحلك الأماكن التي رأيتها. كما لو كنت تستلقي على العشب ، وتنظر إلى السماء. تنظر للأعلى ، الهواء بارد ، والسماء صافية: لا توجد غيوم مرئية.

ماذا سترى؟

الكواكب والنجوم مشرقة وخافتة وحتى درب التبانة. ولكن ربما الشيء الأكثر إثارة للدهشة في سماء الليل ليس وجود عدد قليل من الأضواء المتناثرة ، ولكن السماء مظلمة في أي اتجاه تقريبًا.

إذا فكرت في الأمر ، فلن يكون هناك أي معنى فيما يحدث.

إذا كان هناك عدد كبير جدًا من النجوم في الكون - مصادر الضوء في جميع الاتجاهات - يمكن للمرء أن يتوقع أنه أينما نظرت ، سيلتقي خط نظرك بنجم.

وإذا كان الأمر كذلك ، فلن تلاحظ أي ظلام. سيتم ملء كل نقطة بالضوء ، بغض النظر عن مدى هذا النجم أو المجرة أو مصدر الضوء الآخر.

كانت هذه واحدة من أعظم المفارقات في القرن التاسع عشر: مفارقة Olbers ، والتي أظهرت أن فكرة الكون اللانهائي المملوء بعدد لا نهائي من النجوم الموضوعة في جميع أنحاء الكون كانت غير متوافقة مع ظلمة سماء الليل.

الحل لهذه المفارقة ، بالطبع ، هو أنه عندما ننظر إلى الأجزاء النائية من الكون ، فإننا ننظر إلى الماضي. نظرًا لأن الكون كان موجودًا في حالة مبكرة ساخنة وكثيفة وموحدة ، كانت هناك لحظة لم تكن فيها نجوم في الكون ، حيث كانت الجاذبية تستغرق وقتًا لجمع الغاز الأصلي في النجوم أولاً. إذا نظرت إلى مسافة كبيرة بما فيه الكفاية ، فلن يكون هناك نجم واحد مرئي.

بعد الانفجار العظيم ، كان الكون ساخنًا وكثيفًا ومتجانسًا ، كما تمدد وبرد. بعمر 380.000 سنة ، كان يبرد بما يكفي لتشكيل الذرات المحايدة لأول مرة. ولكن من أجل رؤية شيء ما ، هناك عائقان:
1. لا يوجد شيء للنظر فيه حتى نقوم بإنشاء مصادر الضوء.
2. وحتى بعد ذلك ، يحتاج الكون إلى الشفافية.

وعلى الرغم من أن هاتين المشكلتين - تكوين النجوم الأولى واكتساب كون الشفافية - يتم دمجهما عادةً تحت اسم "العصور المظلمة" ، فهذان مشكلتان منفصلتان يحتاج الكون إلى حلهما.

أولاً ، قبل تكوين النجوم الأولى ، ليس عليك ببساطة النظر إلى شيء. وعلى الرغم من أن الكون كان في البداية متجانسًا تقريبًا ، إلا أنه كانت هناك عيوب صغيرة ، على سبيل المثال ، المناطق التي كانت فيها المادة أكثر بقليل من المتوسط. بمرور الوقت ، سحبت الجاذبية المزيد والمزيد من المواد إلى مناطق ذات كثافة متزايدة ، ونمت إلى كتل من المادة.

بعد عشرات المليارات من السنين ، نمت هذه الكتل بما يكفي لتبدأ في الانهيار تحت ثقلها. وعندما يتم ضغط نوى هذه الكتل من الذرات والجزيئات بشكل كاف ، تبدأ عملية التوليف النووي - حرق الهيدروجين وتحويله إلى الهيليوم - أخيرًا!

تصبح أماكن الاندماج النووي هذه نواة أول النجوم في الكون ، تحترق بشكل مشرق ، وتنبعث الضوء المرئي الأول من إحدى الفترات المبكرة من الانفجار العظيم.

يحدث هذا بعد 50 مليون سنة فقط من ولادة الكون ، والتي تبدو فجوة قصيرة جدًا للنجوم. لكن هناك مشكلة: لا أحد من هذه النجوم مرئي لنا!

بالطبع ، هذه النجوم تنبعث منها الضوء ، تمامًا مثل النجوم خلف "السديم المظلم" أعلاه ، Barnard 68. تبدو مظلمة جدًا لأنها تحجب ضوء النجوم. لماذا؟ لأن الذرات والجزيئات الموجودة فيها صغيرة الحجم بحيث يمكنها امتصاص الضوء المرئي.

على الرغم من أن الذرات الفردية لها بعض التحولات التي يمكنها من خلالها امتصاص الضوء ، حيث تكون مرتبطة بتكوينات ماكرة ، إلا أنها قادرة على حجب طيف كامل من الضوء المرئي. لقد كانت هذه العتامة التي تشكلت في الكون خلال ظهور النجوم الأولى: تم إنشاء الضوء ، لكنه لم يتمكن من الوصول إلى أعيننا.

وماذا نفعل؟

نحن بحاجة لتأين هذه الذرات. بتعبير أدق ، إعادة التأيين ، لأنها قبل أن تكون متأينة بالفعل: قبل أن تصبح محايدة.

لكن هذه ليست عملية سريعة: فهي تتطلب ظهور مليارات من النجوم ، وتنبعث منها الأشعة فوق البنفسجية المؤينة ، وتتصادم مع أكثر من 99٪ من الذرات المحايدة في الكون. إنها عملية تدريجية ، وتستغرق حوالي 550 مليون سنة حتى تكتمل!

حتى وقت قريب ، كان يعتقد أن إعادة التأيين - المرحلة الأخيرة من عملية كسب عالم الشفافية - حدثت بعد 450 مليون سنة من الانفجار العظيم ، لكن هذا العامل الإضافي الذي يبلغ 100 مليون سنة تم تحديده من خلال الملاحظات الأخيرة لقمر بلانك.

لكن هذا لا يعني أن النجوم الأولى للكون تشكلت بعد 100 مليون سنة مما كنا نعتقد - كما يتصور بعض المؤلفين.

هذا يعني أن النجوم الأولى تشكلت في وقت أبكر بكثير مما كنا نراهم ، وأن هناك القليل منهم - ولم يحترقوا لفترة كافية ولم يكونوا ساخنين بما فيه الكفاية - من أجل إعادة تأيين الكون وجعله شفافًا قبل 100 مليون سنة لاحقة .

لا يكفي فقط أن تقول "يجب أن يكون هناك ضوء" لرؤية النجوم الأولى: يجب أن يكون هذا الضوء قادرًا على التحرك بحرية في الفضاء!

لا يمكن رؤيتها في الطيف المرئي. لا يهم مدى جودة التلسكوب بالنسبة لهم. هابل ، كم من الوقت يحدق في هذه الأجزاء من السماء ، لن ينظر إلى الوراء حتى الآن لرؤية النجوم الأولى ، لأن الكون كان غامضًا للضوء المرئي.

ولكن هناك أمل ، وسيكون لتليسكوب جيمس ويب الفضائي القدرة على جعل هذا الحلم حقيقة.

عند النظر إليها في موجات أطول ، يمكن أن تكون هذه الهياكل المتربة للذرات والجزيئات شفافة بالنسبة لها. وحتى إذا كان هابل لا يرى هذه النجوم ، فإن جيمس ويب ، الذي ينظر في نطاق الأشعة تحت الحمراء (والبعيدة إلى حد ما) ، يمكنه النظر إلى الماضي حتى الوقت الذي كان فيه الكون معتمًا للضوء المرئي.

بعبارة أخرى ، في غضون سنوات قليلة فقط ، قد نتمكن من دراسة النجوم الأولى للكون ، وليس فقط ما حدث بعد مئات الملايين من السنين عندما أصبح الكون شفافًا للضوء المرئي. حتى الآن ، قد تكون النجوم الأولى للكون غير مرئية ، لكن المشكلة تكمن في أعيننا ، وليس في الضوء!

هل النجوم الأولى في الكون غير مرئية؟

لماذا لا يكفي أن تقول "يجب ألا يكون هناك ضوء"

More articles: