لماذا الفضاء مظلم للغاية رغم أن الكون مليء بالنجوم؟

Curious Kids هي سلسلة للأطفال من جميع الأعمار. إذا كان لديك سؤال تريد أن يجيب عليه أحد الخبراء، فأرسله إلى Curiouskidsus@theconversation.com.

لقد ظل الناس يتساءلون عن سبب كون الفضاء مظلمًا على الرغم من امتلاءه بالنجوم لفترة طويلة، لدرجة أن هذا السؤال يحمل اسمًا خاصًا – مفارقة أولبرز.

يقدر علماء الفلك أن هناك حوالي 200 مليار تريليون نجم في الكون المرئي. والعديد من تلك النجوم مشرقة أو أكثر سطوعًا من شمسنا. فلماذا لا يمتلئ الفضاء بالضوء المبهر؟

أنا عالم فلك يدرس النجوم والكواكب – بما في ذلك تلك الموجودة خارج نظامنا الشمسي – وحركتها في الفضاء. إن دراسة النجوم والكواكب البعيدة تساعد علماء الفلك مثلي على فهم سبب كون الفضاء مظلمًا جدًا.

قد تظن أن السبب هو أن الكثير من النجوم في الكون بعيدة جدًا عن الأرض. بالطبع، صحيح أنه كلما كان النجم بعيدًا، بدا أقل سطوعًا – فالنجم الذي يبعد 10 مرات يبدو أكثر خفوتًا 100 مرة. ولكن اتضح أن هذا ليس الجواب الكامل.

تخيل فقاعة

تظاهر للحظة أن الكون قديم جدًا لدرجة أن الضوء حتى من أبعد النجوم كان لديه الوقت للوصول إلى الأرض. في هذا السيناريو الخيالي، كل النجوم في الكون لا تتحرك على الإطلاق.

تصور فقاعة كبيرة مع الأرض في المركز. إذا كان عرض الفقاعة حوالي 10 سنوات ضوئية، فإنها ستحتوي على حوالي اثنتي عشرة نجمة. وبطبيعة الحال، على بعد عدة سنوات ضوئية، فإن العديد من تلك النجوم تبدو خافتة جدًا من الأرض.

إذا واصلت توسيع الفقاعة إلى 1000 سنة ضوئية، ثم إلى مليون سنة ضوئية، ثم إلى مليار سنة ضوئية، فإن النجوم الأبعد في الفقاعة ستبدو أكثر خفوتا. ولكن سيكون هناك أيضًا المزيد والمزيد من النجوم داخل الفقاعة الأكبر فأكبر، وكلها تساهم بالضوء. على الرغم من أن النجوم الأبعد تبدو أكثر قتامة، إلا أنه سيكون هناك الكثير منها، ويجب أن تبدو سماء الليل بأكملها مشرقة جدًا.

يبدو أنني عدت من حيث بدأت، ولكنني في الواقع أقرب قليلاً إلى الإجابة.

العمر مهم

في الرسم التوضيحي للفقاعة الخيالية، طلبت منك أن تتخيل أن النجوم لا تتحرك وأن الكون قديم جدًا. لكن عمر الكون يبلغ حوالي 13 مليار سنة فقط.

على الرغم من أن هذا وقت طويل بشكل مدهش من الناحية البشرية، إلا أنه قصير من الناحية الفلكية. إنها قصيرة بما فيه الكفاية بحيث أن الضوء الصادر من النجوم الأبعد من حوالي 13 مليار سنة ضوئية لم يصل إلى الأرض بعد. وبالتالي فإن الفقاعة الفعلية حول الأرض والتي تحتوي على كل النجوم التي يمكننا رؤيتها تمتد فقط إلى حوالي 13 مليار سنة ضوئية من الأرض.

لا يوجد عدد كافٍ من النجوم في الفقاعة لملء كل خط رؤية. وبطبيعة الحال، إذا نظرت في بعض الاتجاهات في السماء، يمكنك رؤية النجوم. إذا نظرت إلى أجزاء أخرى من السماء، فلن تتمكن من رؤية أي نجوم. وذلك لأنه في تلك البقع المظلمة، تكون النجوم التي يمكن أن تحجب خط رؤيتك بعيدة جدًا، ولم يصل ضوءها إلى الأرض بعد. ومع مرور الوقت، سيكون للضوء الصادر عن هذه النجوم البعيدة وقتًا للوصول إلينا.

تحول دوبلر

قد تتساءل عما إذا كانت سماء الليل ستضيء بالكامل في النهاية. لكن هذا يعيدني إلى الشيء الآخر الذي طلبت منك أن تتخيله: أن كل النجوم لا تتحرك. في الواقع، يتوسع الكون، حيث تبتعد المجرات البعيدة عن الأرض بسرعة الضوء تقريبًا.

ونظرًا لأن المجرات تتحرك بعيدًا بسرعة كبيرة، فإن الضوء الصادر من نجومها يندفع إلى ألوان لا تستطيع العين البشرية رؤيتها. ويسمى هذا التأثير تحول دوبلر. لذلك، حتى لو كان لديه ما يكفي من الوقت للوصول إليك، فإنك لا تزال غير قادر على رؤية الضوء من أبعد النجوم بعينيك. ولن تكون سماء الليل مضاءة بالكامل.

وإذا انتظرت لفترة أطول، فسوف تحترق جميع النجوم في نهاية المطاف، فالنجوم مثل الشمس تدوم حوالي 10 مليارات سنة فقط. ويفترض علماء الفلك أنه في المستقبل البعيد – بعد ألف تريليون سنة من الآن – سيتحول الكون إلى ظلام، ولن يسكنه سوى بقايا النجوم مثل الأقزام البيضاء والثقوب السوداء.

على الرغم من أن سماءنا الليلية ليست مليئة بالنجوم تمامًا، إلا أننا نعيش في وقت خاص جدًا في حياة الكون، عندما نكون محظوظين بما يكفي للاستمتاع بسماء ليلية غنية ومعقدة، مليئة بالضوء والظلام.

مرحبًا أيها الأطفال الفضوليون! هل لديك سؤال تود أن يجيب عليه أحد الخبراء؟ اطلب من شخص بالغ أن يرسل سؤالك إلى CuriousKidsUS@theconversation.com. من فضلك أخبرنا باسمك وعمرك والمدينة التي تعيش فيها.

وبما أن الفضول ليس له حد عمري – أيها البالغون، أخبرنا بما تتساءل عنه أيضًا. لن نتمكن من الإجابة على كل الأسئلة، لكننا سنبذل قصارى جهدنا.

تم إعادة نشر هذه المقالة من The Conversation، وهو موقع إخباري مستقل غير ربحي مخصص لمشاركة أفكار الخبراء الأكاديميين. المحادثة هي أخبار جديرة بالثقة من خبراء، من منظمة غير ربحية مستقلة. جرب رسائلنا الإخبارية المجانية.

كتب بواسطة: بريان جاكسون، جامعة ولاية بويز.

اقرأ أكثر:

يتلقى بريان جاكسون منحًا بحثية ممولة اتحاديًا من وكالة ناسا.