لا توجد معظم المادة الطبيعية في الكون في الكواكب أو النجوم أو المجرات – يشرح عالم الفلك مكان توزيعها

عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.

تم نشر هذه المقالة أصلا في المحادثة. ساهم المنشور بالمقال في موقع Space.com أصوات الخبراء: افتتاحية ورؤى.

إذا نظرت عبر الفضاء باستخدام التلسكوب، سترى عددًا لا يحصى من المجرات، ومعظمها تستضيف مركزًا كبيرًا الثقوب السوداءومليارات 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 ويتنبأ 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. تنتشر الجسيمات والذرات الفردية في جميع أنحاء الفضاء بين النجوم والمجرات، وتشكل شبكة خيطية داكنة تسمى “الويب الكوني“.

طَوَال مسيرتي كعالمة فلكلقد قمت بدراسة هذا النسيج الكوني، وأعلم مدى صعوبة تفسير المادة المنتشرة في 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. جاذبية يجمع النجوم معًا في المجراتويمكن لعلماء الفلك حساب المجرات في جميع أنحاء الكون المرئي.

التعداد يصل إلى مئات المليارات من المجرات، كل منها مكونة من عدة مئات من المليارات من النجوم. الأرقام غير مؤكدة لأن العديد من النجوم كامنة خارج المجرات. هذا يقدر بـ 10²³ النجوم الموجودة في الكون، أو مئات المرات أكثر من عددها حبيبات الرمل على كل شواطئ الأرض. هناك ما يقدر 10⁸² الذرات في الكون.

ومع ذلك، فإن هذا العدد الهائل لا يرقى إلى مستوى تفسير كل المادة التي تنبأ بها الانفجار الكبير. المحاسبة الدقيقة يشير 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 عناصر أخرى غير الهيدروجين والهيليومبما في ذلك الكربون وجميع العناصر الأساسية للحياة.

أبحث بين المجرات

ال وسط بين المجرات – الفضاء بين المجرات – هو فراغ شبه كامل، بكثافة ذرة واحدة في المتر المكعب، أو ذرة واحدة في 35 قدم مكعب. وهذا أقل من جزء من مليار من مليار من كثافة الهواء أرض. حتى في هذه الكثافة المنخفضة جدًا، هذه الوسيلة المنتشرة يضيف الكثير من المادة، بالنظر إلى حجمها الهائل الذي يبلغ 92 مليار سنة ضوئية قطر الكون.

الوسط بين المجرات هو حار جدا، مع درجة حرارة ملايين الدرجات. وهذا يجعل من الصعب المراقبة إلا مع تلسكوبات الأشعة السينية، حيث أن الغاز الساخن جدًا يشع عبر الكون عند أطوال موجية قصيرة جدًا للأشعة 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. رشقات راديو سريعة هي انفجارات مكثفة من موجات الراديو التي يمكن أن تطلق قدرًا 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 مصدر الانفجارات هي المنطقة المغناطيسية للغاية المحيطة بنجم نيوتروني فائق الصغر. النجوم النيوترونية هي بقايا كثيفة بشكل لا يصدق من النجوم الضخمة التي انهارت تحت جاذبيتها بعد انفجار سوبر نوفا. النوع المحدد من النجوم النيوترونية الذي يصدر رشقات راديوية هو يسمى النجم المغناطيسي، مع مجال مغناطيسي أقوى ألف تريليون مرة من مجال الأرض.

على الرغم من أن علماء الفلك لا يفهمون تمامًا الانفجارات الراديوية السريعة، إلا أنهم يستطيعون ذلك استخدامها للتحقيق الفراغات 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 دراسة جديدة، الذي نُشر 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. وجد الفريق ذلك 76% من مادة الكون الطبيعية تقع في الفضاء بين المجرات، مع 15% أخرى هالات المجرة – المنطقة المحيطة بالنجوم المرئية في المجرة – والـ 9% المتبقية في النجوم والغازات الباردة داخل المجرات.

إن الحساب الكامل للمادة الطبيعية في الكون يوفر تأكيدًا قويًا لنظرية الانفجار الكبير. وتتنبأ النظرية وفرة المادة العادية 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 رشقات الراديو السريعة، و مجموعة القادمة من التلسكوبات الراديوية من المرجح أن يزيد معدل الاكتشاف إلى 10000 سنويًا. مثل هذه العينة الكبيرة سوف تجعل الدفقات الراديوية السريعة تصبح قوية أدوات لعلم الكونيات. علم الكونيات هي دراسة حجم وشكل وتطور الكون. يمكن أن تتجاوز رشقات الراديو مجرد عد الذرات رسم خريطة للهيكل ثلاثي الأبعاد من الشبكة 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. الطاقة المظلمة يسبب تسارع توسع الكون، و المادة المظلمة هو الغراء غير المرئي الذي يجمع المجرات والكون معًا.

من المحتمل أن تكون المادة المظلمة نوعًا غير مدروس من قبل الجسيمات الأساسية هذا ليس جزءا من النموذج القياسي فيزياء الجسيمات. لم يتمكن الفيزيائيون من اكتشاف هذا الجسيم الجديد بعد، لكننا نعرف أنه موجود لأنه، وفقًا لـ النسبية العامة، الكتلة تحني الضوء، وبعيدة مزيد من عدسة الجاذبية يرى مما يمكن تفسيره بالمادة المرئية. باستخدام عدسة الجاذبية، تقوم مجموعة من المجرات بثني الضوء وتضخيمه بطريقة شبيهة بالعدسة الضوئية. 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.