إذا نظرت عبر الفضاء باستخدام التلسكوب، سترى عددًا لا يحصى من المجرات، معظمها يستضيف ثقوبًا سوداء مركزية كبيرة، ومليارات النجوم والكواكب المصاحبة لها. يعج الكون بأجسام ضخمة ومذهلة، وقد يبدو أن هذه الأجسام الضخمة يجب أن تحتوي على معظم مادة الكون.
لكن نظرية الانفجار الكبير تتنبأ بأن حوالي 5% من محتويات الكون يجب أن تكون ذرات مكونة من بروتونات ونيوترونات وإلكترونات. ولا يمكن العثور على معظم هذه الذرات في النجوم والمجرات، وهو التناقض الذي حير علماء الفلك.
إذا لم يكن في النجوم والمجرات المرئية، فإن مكان اختباء المادة على الأرجح هو في الفضاء المظلم بين المجرات. على الرغم من أن الفضاء يُشار إليه غالبًا بالفراغ، إلا أنه ليس فارغًا تمامًا. وتنتشر الجسيمات والذرات الفردية في جميع أنحاء الفضاء بين النجوم والمجرات، وتشكل شبكة خيطية مظلمة تسمى “الشبكة الكونية”.
طوال مسيرتي المهنية كعالم فلك، قمت بدراسة هذه الشبكة الكونية، وأعرف مدى صعوبة تفسير المادة المنتشرة في جميع أنحاء الفضاء.
وفي دراسة نشرت في يونيو 2025، استخدم فريق من العلماء تقنية راديوية فريدة من نوعها لاستكمال إحصاء المادة الطبيعية في الكون.
إحصاء المادة العادية
المكان الأكثر وضوحًا للبحث عن المادة الطبيعية هو على شكل نجوم. تجمع الجاذبية النجوم معًا لتشكل مجرات، ويستطيع علماء الفلك إحصاء المجرات في جميع أنحاء الكون المرئي.
يصل التعداد إلى عدة مئات من مليارات المجرات، كل منها مكونة من عدة مئات من مليارات النجوم. الأرقام غير مؤكدة لأن العديد من النجوم تكمن خارج المجرات. هذا يقدر بـ 1023 النجوم الموجودة في الكون، أو مئات المرات أكثر من عدد حبات الرمل الموجودة على جميع شواطئ الأرض. هناك ما يقدر بـ 1082 الذرات في الكون.
ومع ذلك، فإن هذا العدد الهائل لا يرقى إلى مستوى تفسير كل المادة التي تنبأ بها الانفجار الكبير. وتشير الحسابات الدقيقة إلى أن النجوم تحتوي على 0.5% فقط من المادة الموجودة في الكون. ومن المفترض أن عدد الذرات التي تطفو بحرية في الفضاء يبلغ عشرة أضعاف عددها. فقط 0.03% من المادة عبارة عن عناصر أخرى غير الهيدروجين والهيليوم، بما في ذلك الكربون وجميع العناصر الأساسية للحياة.
أبحث بين المجرات
الوسط بين المجرات – الفضاء بين المجرات – هو فراغ شبه كامل، بكثافة ذرة واحدة لكل متر مكعب، أو ذرة واحدة كل 35 قدم مكعب. وهذا أقل من جزء من مليار من مليار من كثافة الهواء على الأرض. وحتى في هذه الكثافة المنخفضة جدًا، فإن هذا الوسط المنتشر يضيف الكثير من المادة، نظرًا لقطر الكون الهائل الذي يبلغ 92 مليار سنة ضوئية.
الوسط بين المجرات حار جدًا، حيث تصل درجة حرارته إلى ملايين الدرجات. وهذا يجعل من الصعب مراقبته إلا باستخدام تلسكوبات الأشعة السينية، لأن الغاز الساخن جدًا يشع عبر الكون بأطوال موجية قصيرة جدًا من الأشعة السينية. تتمتع تلسكوبات الأشعة السينية بحساسية محدودة لأنها أصغر من معظم التلسكوبات البصرية.
نشر أداة جديدة
استخدم علماء الفلك مؤخرًا أداة جديدة لحل مشكلة المادة المفقودة. الانفجارات الراديوية السريعة عبارة عن انفجارات مكثفة لموجات الراديو التي يمكنها إطلاق قدر من الطاقة في جزء من الثانية يعادل ما تطلقه الشمس في ثلاثة أيام. اكتشف العلماء لأول مرة في عام 2007، ووجدوا أن الانفجارات ناجمة عن بقايا نجمية مدمجة في المجرات البعيدة. تتضاءل طاقتها مع انتقال الدفقات عبر الفضاء، وبحلول الوقت الذي تصل فيه هذه الطاقة إلى الأرض، تكون أضعف ألف مرة من إشارة الهاتف المحمول إذا انبعثت على القمر ثم تم اكتشافها على الأرض.
تشير الأبحاث التي أجريت في أوائل عام 2025 إلى أن مصدر الانفجارات هو المنطقة المغناطيسية للغاية حول نجم نيوتروني مضغوط للغاية. النجوم النيوترونية هي بقايا كثيفة بشكل لا يصدق من النجوم الضخمة التي انهارت تحت جاذبيتها بعد انفجار سوبر نوفا. يسمى النوع المحدد من النجوم النيوترونية الذي يصدر رشقات راديوية بالنجم المغناطيسي، مع مجال مغناطيسي أقوى ألف تريليون مرة من مجال الأرض.
على الرغم من أن علماء الفلك لا يفهمون تمامًا الانفجارات الراديوية السريعة، إلا أنه يمكنهم استخدامها لاستكشاف المسافات بين المجرات. أثناء انتقال الدفقات عبر الفضاء، تؤدي التفاعلات مع الإلكترونات الموجودة في الغاز الساخن بين المجرات إلى إبطاء الأطوال الموجية الأطول. يتم نشر إشارة الراديو، بشكل مشابه للطريقة التي يحول بها المنشور ضوء الشمس إلى قوس قزح. يستخدم علماء الفلك مقدار الانتشار لحساب كمية الغاز التي مر بها الانفجار في طريقه إلى الأرض.
تم حل اللغز
في الدراسة الجديدة، التي نُشرت في يونيو 2025، قام فريق من علماء الفلك من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومركز هارفارد للفيزياء الفلكية بدراسة 69 انفجارًا راديويًا سريعًا باستخدام مجموعة من 110 تلسكوبات راديوية في كاليفورنيا. ووجد الفريق أن 76% من مادة الكون الطبيعية تقع في الفضاء بين المجرات، مع 15% أخرى في هالات المجرات – المنطقة المحيطة بالنجوم المرئية في المجرة – والنسبة المتبقية 9% في النجوم والغاز البارد داخل المجرات.
إن الحساب الكامل للمادة الطبيعية في الكون يوفر تأكيدًا قويًا لنظرية الانفجار الكبير. وتتنبأ النظرية بوفرة المادة الطبيعية التي تشكلت في الدقائق القليلة الأولى من عمر الكون، لذلك من خلال استعادة نسبة الـ 5% المتوقعة، تجتاز النظرية اختبارًا حاسمًا.
وقد تم بالفعل رصد عدة آلاف من الانفجارات الراديوية السريعة، ومن المرجح أن تؤدي مجموعة قادمة من التلسكوبات الراديوية إلى زيادة معدل الاكتشاف إلى 10000 سنويًا. ستسمح مثل هذه العينة الكبيرة للتدفقات الراديوية السريعة بأن تصبح أدوات قوية لعلم الكونيات. علم الكونيات هو دراسة حجم وشكل وتطور الكون. يمكن أن تتجاوز الدفقات الراديوية مجرد عد الذرات إلى رسم خريطة للبنية ثلاثية الأبعاد للشبكة الكونية.
الرسم البياني الدائري للكون
قد يكون لدى العلماء الآن صورة كاملة عن مكان توزيع المادة الطبيعية، لكن معظم الكون لا يزال يتكون من أشياء لا يفهمونها تمامًا.
المكونات الأكثر وفرة في الكون هي المادة المظلمة والطاقة المظلمة، وكلاهما غير مفهوم جيدًا. تتسبب الطاقة المظلمة في التوسع المتسارع للكون، والمادة المظلمة هي الغراء غير المرئي الذي يربط المجرات والكون معًا.
من المحتمل أن تكون المادة المظلمة نوعًا من الجسيمات الأساسية لم تتم دراستها من قبل، ولا تشكل جزءًا من النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. لم يتمكن الفيزيائيون من اكتشاف هذا الجسيم الجديد بعد، لكننا نعلم أنه موجود لأنه، وفقًا للنظرية النسبية العامة، تؤدي الكتلة إلى انحناء الضوء، ويمكن رؤية عدسة الجاذبية أكثر بكثير مما يمكن تفسيره بالمادة المرئية. مع عدسة الجاذبية، تقوم مجموعة من المجرات بثني الضوء وتضخيمه بطريقة مشابهة للعدسة البصرية. المادة المظلمة تتفوق على المادة التقليدية بأكثر من خمسة أضعاف.
قد يتم حل لغز واحد، ولكن يبقى لغز أكبر. في حين أن المادة المظلمة لا تزال غامضة، فإننا نعرف الآن الكثير عن الذرات الطبيعية التي تشكلنا كبشر، والعالم من حولنا.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: كريس إمبي، جامعة أريزونا
اقرأ المزيد:
تلقى كريس إمبي تمويلًا من وكالة ناسا، ومؤسسة العلوم الوطنية، ومعهد هوارد هيوز الطبي، ومؤسسة تمبلتون.