سلسلة مكونات الكون المذهلة (5) عناقيد المجرات الداخلية – Laniakea Supercluster

الكون ليس أغرب مِما نعتقد فحسب، بل هو أغرب مما يمكننا أن نعتقده .. فيرنر هايزنبيرغ

 لا شيء أكبر وأغرب من الكون! فالكون يبدو لا نهائياً، غير معلوم الهيئة، ولا توجد له حدود حقيقية، ولا يمكن معرفة موقع نقطة بدايته، ولا نقطة نهايته. فنحن نعيش في هذا العالم الصغير على كوكب الأرض داخل ما يشبه «شرنقة» كونية غير معلومة الهيئة داخلها وخارجها، لكننا وخلال فترات متلاحقة استطعنا أن نتعرف على بعض الأجزاء الصغيرة جداً داخلها، والتي تعتبر نقطة -أو أقل من ذلك- في بحر هذا الكون الفسيح.

بعض هذه الأجزاء موجودة في هيئاتٍ تُشكّلها النجوم، والانفجارات الكونية، وحبّات الغبار الكوني المُتراكمة، والمجرّات، وغيرها من الأسرار الكونية التي لم تكتشف بعد، فمادة الكون نفسه غير معلومة التركيب.

لكن يظل سحر الكون يأخذنا لأبعد من ذلك، وأبعد من عد النجوم ليلاً، أو مراقبة بعض الكواكب التي تظهر في فجر أيام محددة، يأخذنا هذا السحر للمكونات المذهلة للكون التي تتشكل فيه دائماً وباستمرار من النجوم فحسب ، ستكون هذه السلسلة مكرسة لشرح مكونات الكون الهائلة وهي كالتالي ( تستطيع الضغط على أسم كل منها للأنتقال لموضوعها ) :

ملاحظة: ستكون الروابط مفعلة وجاهزة فور نزول مواضيع السلسلة تباعاً.

1. الشبكة الكونية The Cosmic Web 
2. جدار هيركوليس - كورونا الشمالي العظيم The Hercules – Corona Borealis Great Wall 
3. انفجارات أشعة جاما الدائرية – GRB 
4. مجموعة الكوازارات الهائلة في الكون – The Huge-LQG 
5. عناقيد المجرات الداخلية – Laniakea Supercluster ( وهي ما سنشرحه في هذا الموضوع )
6. الجدار العظيم في الكون –CfA2 Great Wall
7. عناقيد المجرات أو تركيزات شابلي – The Shapely Supercluster
8. الفقاعات الكونية حديثة الاكتشاف – The Newfound Blob
9. الفراغ الكبير في الكون – The Supervoid

 

عناقيد المجرات الداخلية – Laniakea Supercluster

مجموعات المجرات أو عناقيد المجرات هي تجمعات للمجرات تتكون من نحو 50 مجرة، منها المجموعة المحلية التي تتبعها مجرتنا، وتتبع مجموعتنا المحلية مجموعة من المجرات.

ويجب التفرقة بين العنقود المجري والتجمع المجري لأن العنقود المجري هو وصف في علم الفلك يعتبر أكبر بكثير من التجمعات المجرية. وكذلك يجب عدم الخلط بينها وبين العناقيد النجمية والتي توجد عالقة في بعض المجرات. حيث يبلغ حجم العنقود النجمي نحوا من ألف سنة ضوئية. أما مجموعتنا المحلية فيبلغ قطرها نحو 20 مليون سنة ضوئية. كما يوجد بالقرب من مجموعتنا المحلية عدد من التجمعات المجرية الأخرى، وهذه تشكل مع مجموعتنا المحلية ما يسمى بالعنقود المجري، ولكنه لا يزال عنقود مجري محلي، إذ يوجد في الكون الآلاف من العناقيد المجرية.

اقرأ ايضاً :سلسلة مكونات الكون المذهلة (4) مجموعة الكوازارات الهائلة في الكون

والصورة أعلاه تبين أحد العناقيد المجرية Galaxy clusters. إن أقرب عنقود مجري لنا هو تجمع مجرات العذراء وتعتبر مجموعتنا المحلية على حافته. ويبعد هذا التشكيل العظيم عنا نحو 53 مليون سنة ضوئية.

كما تبين المشاهدة العميقة أو البعيدة للكون أن عناقيد المجرات تشكل تجمعات أكبر، وقد أطلق العلماء على تلك التجمعات الهائلة من العناقيد المجرية مصطلح العناقيد المجرية الهائلة galaxy super clusters.

المجموعة المحلية Local Goup ويبلغ قطرها 20 مليون سنة ضوئية، أما عنقود Virgo (تجمع مجرات العذراء) وعنقود مجرات Fornax فتبعد عنا نحو 60 مليون سنة ضوئية. ويشكل كل ذلك التجمع واحد من العناقيد الهائلة للمجرات (super clusters).

مجموعات المجرات

تسمى التجمعات الصغيرة من المجرات والتي تحتوي على أقل من 50 مجرة مجموعة مجرية أو تجمع مجري، ويبلغ نصف قطر حجمها مجتمعة نحو 10 مليون سنة ضوئية . ويبلغ كتلة المجموعة نحو 1013 كتلة شمسية، وتتحرك المجرات بالنسبة لبعضها البعض بسرعات تصل إلى 150 كيلومتر في الثانية، وأحيانا لا توجد حدود واضحة فاصلة بين مجرات المجموعة المجرية.

وتنتسب مجرتنا أيضا إلى مجموعة من المجرات القريبة تسمى المجموعة المحلية Local group، تنتمي إليها المجرة الحلزونية الكبيرة المرأة المسلسلة (اندروميدا) أو M 31 وكذلك مسييه 33 وعدد أخر من المجرات الصغيرة التابعة مثل سحابة ماجلان الكبرى و سحابة ماجلان الصغرى المجاورتان لمجرتنا وتبعدان عن مجرتنا نحو 150.000 سنة ضوئية. مجرة المرأة المسلسلة أكبر من مجرتنا حيث تضم نحو 250 مليار نجم وتبعد عنا نحو 5و2 مليون سنة ضوئية.

اقرأ ايضاً :سلسلة مكونات الكون المذهلة (3) انفجارات أشعة غاما الدائرية – GRB

عناقيد المجرات

العنقود المجري يظهر كتجمع من مئات إلى آلاف المجرات. ولكن على الرغم من أن المجرات هي الأسهل رصدا الا انها في المتوسط تحتوي على اقل من 5% من مجموع كتلة العناقيد. وحسب تصور الفلكيين حاليا تكمن بقية كتلة عناقيد المجرات في المادة المظلمة (حوالي 25%) وفيما يسمى طاقة مظلمة (نحو 70 % ). ولم يعثر على المادة المظلمة بعد رغم أكتشاف تأثيرها منذ عقد السبعينيات في القرن العشرين. كذلك لا يزال العلماء يبذلون الجهد لتفسير الطاقة المظلمة. بالنسبة إلى المادة المظلمة فيأمل العلماء في الحصول عن معلومات عنها من خلال تجارب يجريها الفيزيائيون على مصادم الهادرونات الكبير المبني تحت الأرض على الحدود بين سويسرا وفرنسا ويعمل به نحو 4000 من العلماء المتخصصين في الجسيمات دون الذرية.

المادة المظلمة (Dark matter) هي ظاهرة كونية غامضة، تُشكل 27٪ من مجموع المادة والطاقة في الكون. ومع أن المادة المظلمة محيطةٌ بنا إلا أننا لا نستطيع رؤيتها أو الإحساس بها. لكن العلماء استدلوا على وجودها من خلال بحثهم عن كيفية تصرف المادة المرئية حولنا. إن العناقيد المجرية، والتي تتألف من آلاف المجرات مهمةٌ لاستكشاف المادة المظلمة لأنها تتواجد في منطقة توجد فيها المادة المظلمة بكثافة أكبر بكثير من المتوسط. يعتقد العلماء أنه كلما زادت كتلة العنقود كلما زادت كمية المادة المظلمة التي يحتويها.

لكن بحثاً جديداً يشير إلى أن العلاقة أكثر تعقيداً من ذلك. ويقول هيرونو ماياتاكي Hironao Miyatake من مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في باسادينا، كاليفورنيا: "العناقيد المجرية أشبه بالمدن الكبرى في كوننا، وبنفس الطريقة التي تنظر بها إلى أضواء المدينة من الطائرة ليلاً وتستقرئ حجمها، فإن هذه العناقيد المجرية تعطينا فكرة عن توزيع المادة المظلمة التي لا نستطيع رؤيتها".

تقترح دراسة جديدة نٌشرت في مجلة Physical Review Letters بقيادة ماياتاكي أن البنية الداخلية للعنقود المجري مرتبطة ببيئة المادة المظلمة المحيطة به. هذه هي المرة الأولى تظهر فيها خاصية أخرى بجانب كتلة العنقود المجري لتترافق مع المادة المظلمة المحيطة.

ويوجد بالقرب من مجموعتنا المحلية عدد من عناقيد المجرات، وأهم تلك العناقيد عنقود تجمع مجرات العذراء Virgo cluster وعنقود فورناكس Fornax cluster ويبعد كل من ذلك العنقودين عن مجموعتنا المحلية نحو 60 مليون سنة ضوئية .

تظهر المقارنة بين العناقيد المجرية في فهرس المجرات DR8 التابع لمشروع سلون الرقمي المخصص لمسح واستكشاف السماء، وجود عنقود مجري تنتشر المجرات فيه على مساحة واسعة (الجانب الأيسر من الصورة)، وعنقود آخر أكثر كثافة واكتظاظاً (الجانب الأيمن). تشير الدراسة الجديدة إلى أن هذه الفروقات مرتبطة بالبيئة المحيطة بالعنقود المجري والمليئة بالمادة المظلمة. المصدر: Sloan Digital Sky Survey

درس العلماء حوالي 9000 عنقود مجري من فهرس مشروع سلون الرقمي لمسح السماء. وقاموا بتقسيمها إلى مجموعتين بناءً على بنيتها الداخلية: المجموعة الأولى حيث المجرات المنفردة ضمن العناقيد كانت أكثر انتشاراً، والأخرى حيث كانت المجرات أكثر تراصاً وقرباً من بعضها.

استخدم العلماء تقنية تُدعى التعديس الثقالي (gravitational lensing) – والتي تعني النظر لكيفية انحناء الضوء بفعل جاذبية العناقيد المجرية من الأجسام الأخرى- للتأكد أن كلا المجموعتين متماثلتا الكتلة. ولكن عندما قارن الباحثون بين المجموعتين وجدوا اختلافاً مهماً في توزيع العناقيد المجرية. عادةً، تصل المسافة بين العناقيد المجرية والعناقيد الأخرى إلى 100 مليون سنة ضوئية في المتوسط. لكن بالنسبة لمجموعة العناقيد المجرية المتراصة كان عدد العناقيد المجاورة على هذه المسافة أقل من تلك التي تخص العناقيد المنتشرة على مساحة واسعة.

اقرأ ايضاً :سلسلة مكونات الكون المذهلة (2) جدار هيركوليس - كورونا الشمالي العظيم

بعبارة أخرى، تحدد بيئة المادة المظلمة المحيطة مدى تراص العنقود بالمجرات. ويقول ماياتاكي: "إن هذا الاختلاف هو نيتجة اختلاف بيئات المادة المظلمة حيث تتشكل مجموعات العناقيد. تشير نتائجنا إلى أن العلاقة بين العنقود النجمي والمادة المظلمة المحيطة به لا يمكن تمييزها بسهولة فقط من خلال كتلة العنقود، لكن أيضاً من خلال تاريخ تشكله". وأضاف ديفيد سبيرغل David Spergel الباحث المشارك وأستاذ الفلك

في جامعة برينستون في ولاية نيو جيرسي: "أظهرت الدراسات الرصدية السابقة أن كتلة العنقود هي العامل الأهم في تحييد خصائصه. وأظهر عملنا أن عمر العنقود مهم أيضاً: العناقيد الأحدث عمراً تعيش في نطاق واسع من بيئات المادة المظلمة المختلفة أكثر من تلك الأقدم عمراً". تتماشى النتائج مع التوقعات النظرية الرائدة حول أصل الكون الذي نعيش فيه.

بعد الحدث الذي يُسمى التضخم الكوني (cosmic inflation) وفي فترةٍ أقل من تريليون جزء من الثانية بعد الانفجار العظيم كانت هناك تغيرات صغيرة في طاقة الفضاء تُسمى التقلبات الكمومية (quantum fluctuations). هذه التغيرات أثرت على التوزيع غير المنتظم للمادة. يقول العلماء إن العناقيد المجرية التي نراها اليوم نشأت عن التقلبات في كثافة المادة في الكون المبكر. وقال ماياتاكي: "إن الرابط بين البينة الداخلية للعناقيد المجرية وتوزيع المادة المظلمة المحيطة هو نتيجة لطبيعة تقلبات الكثافة الأولية التي ظهرت قبل حتى أن يصبح عمر الكون ثانية واحدة". وسوف يستمر الباحثون في استكشاف هذه الروابط. وقال ماياتاكي: "إن العناقيد المجرية هي نوافذ مميزة لكشف غموض الكون. ومن خلال دراستها نستطيع معرفة المزيد حول تطور البنية واسعة النطاق للكون، وتاريخه، وكذلك المادة المظلمة والطاقة المظلمة (dark energy)".

توضيح بعض المصطلحات الواردة:

المفعول العدسي التثاقلي (gravitational lensing): المفعول العدسي التثاقلي: يُشير إلى توزع مادة (مثل العناقيد المجرية) موجودة بين مصدر بعيد والراصد، وهذه المادة قادرة على حرف الضوء القادم من المصدر أثناء تحركه نحو الراصد. ويُترجم أحياناً بالتعديس الثقالي أيضاً.

الاهتزازات الكمومية (quantum fluctuations): في الفيزياء، يُشير الاهتزاز الكمومي إلى تغير مؤقت في كمية الطاقة المُختزنة في نقطة ما من الفضاء، ويعتمد هذا المفهوم على مبدأ الارتياب الذي صاغه عالم الفيزياء فيرنر هايزنبرغ.

المادة المظلمة (Dark Matter): وهو الاسم الذي تمّ إعطاؤه لكمية المادة التي اُكتشف وجودها نتيجة لتحليل منحنيات دوران المجرة، والتي تواصل حتى الآن الإفلات من كل عمليات الكشف. هناك العديد من النظريات التي تحاول شرح طبيعة المادة المظلمة، لكن لم تنجح أي منها في أن تكون مقنعة إلى درجة كافية، و لا يزال السؤال المتعلق بطبيعة هذه المادة أمراً غامضاً.

الطاقة المظلمة (Dark Energy): هي نوع غير معروف من الطاقة، ويُعتقد بأنه المسؤول عن تسارع التوسع الكوني. الأيونات أو الشوارد (Ions): الأيون أو الشاردة هو عبارة عن ذرة تم تجريدها من الكترون أو أكثر، مما يُعطيها شحنة موجبة.وتسمى أيوناً موجباً، وقد تكون ذرة اكتسبت الكتروناً أو أكثر فتصبح ذات شحنة سالبة وتسمى أيوناً سالباً.

علماء الفلك يكتشفون عناقيد مجرية جديدة مختبئة رغم أنها "على مرأى من الجميع":

اكتشف فريق من علماء الفلك من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في آذار من العام الماضي أحياء مجرية جديدة وغير عادية أغفلتها الدراسات السابقة.

وتشير نتائجهم، المنشورة في مجلة The Astrophysical Journal، إلى أن ما يقرب من 1% من مجموعات المجرات تبدو غير نمطية ويمكن بسهولة التعرف عليها بشكل خاطئ على أنها مجرة ​​واحدة ساطعة.

وتحتوي مجموعات المجرات على مئات بل آلاف المجرات المرتبطة ببعضها البعض عن طريق الجاذبية. وهي تتحرك عبر بحر من الغازات الساخنة، يُطلق عليها اسم وسط العنقود الداخلي، وتنبعث منها أشعة سينية يمكن رؤيتها باستخدام التلسكوبات الفضائية. وعادة ما يخلق هذا الإشعاع هالة غامضة من الأشعة السينية حول عناقيد المجرات، ما يجعل من السهل التعرف والتمييز عن جسم له مصدر واحد للأشعة السينية، مثل نجم أو كوازار.

ومع ذلك، فإن بعض الأحياء المجرية تكسر هذا القالب، كما تعلم الأستاذ المساعد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مايكل ماكدونالد قبل تسع سنوات.

ففي عام 2012، اكتشف ماكدونالد عنقودا لا مثيل له، يتألق مثل مصدر نقطة في الأشعة السينية.

اقرأ ايضاً :إندماج أربع مجرات قزمة في تجمعٍ واحدٍ ، وتدفق نهرٌ من النجوم ، هذا مارصده هابل

وتستضيف مجرتها المركزية ثقبا أسود مفترسا يستهلك المادة ويطلق أشعة سينية شديدة السطوع لإغراق الإشعاع المنتشر للوسط العنقي. وفي جوهره، يشكل العنقود نجوما بمعدل أعلى بنحو 500 مرة من معظم العناقيد الأخرى، ما يمنحه توهجا أزرق لمجموعة النجوم الشابة بدلا من اللون الأحمر النموذجي للنجوم المسنة.

ويقول ماكدونالد عن كتلة العنقاء: "كنا نبحث عن نظام مثل هذا لعقود من الزمن. ومع ذلك، فقد تمت ملاحظتها وتجاوزها على مدار سنوات خلت، ويفترض أنها مجرة ​​واحدة بدلا من مجموعة. لقد كانت في الأرشيف لعقود ولم يرها أحد. وكانوا ينظرون إلى ما وراءها لأنها لم تكن مميزة بشكل جيد".

وهكذا، تساءل ماكدونالد، ما هي المجموعات غير العادية الأخرى التي قد تكون كامنة في الأرشيف، في انتظار العثور عليها؟ وهكذا، وُلد مسح المجموعات المختبئة في مرمى البصر (CHiPS).

وأجري المسح المسمى Clusters Hiding in Plain Sight، أو CHiPS  اختصارا، والذي تمكن في السنوات الأخيرة من تحديد ثلاث مجموعات مجرية جديدة، وإحدى هذه المجموعات،  CHIPS1911 + 4455، الشبيهة بعنقود العنقاء سريع التكون بالنجوم.

وكان هذا اكتشافا مثيرا لأن علماء الفلك يعرفون فقط عددا قليلا من العناقيد الشبيهة بالعنقاء. وتتطلب هذه المجموعة مزيدا من الدراسة، نظرا لأنها ذات شكل ملتو بذراعين ممتدين، في حين أن جميع المجموعات الأخرى سريعة التبريد دائرية.

وإجمالا، كشف مسح CHiPS أن المسوحات القديمة بالأشعة السينية فوتت نحو 1% من الأحياء المجرية لأنها تبدو مختلفة عن المجموعة النموذجية. ويمكن أن يكون لهذا آثار كبيرة على جودة فهم الكون، حيث يدرس علماء الفلك عناقيد المجرات لمعرفة المزيد عن كيفية توسع الكون وتطوره.

ويوضح ماكدونالد: "نحتاج إلى إيجاد كل المجموعات لتصحيح هذه الأمور. تسعة وتسعون في المائة من الإنجاز لا يكفي إذا كنت تريد دفع الحدود."

بينما يكتشف العلماء ويدرسون المزيد من هذه العناقيد المجرية غير العادية، قد يفهمون بشكل أفضل كيف تتناسب مع الصورة الكونية الأوسع. وفي هذه المرحلة، لا يعرفون ما إذا كان عدد صغير من العناقيد دائما في هذه الحالة الغريبة التي تشبه العنقاء، أو ما إذا كانت هذه مرحلة نموذجية تمر بها كل المجموعات لفترة قصيرة من الزمن، ما يقرب من 20 مليون سنة، لحظة عابرة حسب معايير الزمكان.

ومن الصعب على علماء الفلك معرفة الفرق، لأنهم يحصلون فقط على لقطة واحدة لكل عنقود متجمد تقريبا في الوقت المناسب. ولكن مع المزيد من البيانات، يمكنهم صنع نماذج أفضل للفيزياء التي تحكم هذه الأحياء المجرية.

المصادر:

• الكون - مكتبة لايف العلمية - بيروت -1971م
• phys.org
• وكالة ناسا الفضائية
• Sloan Digital Sky Survey
• wikipedia
• The Astrophysical Journal