الفلك الذي فتح مجمّع الكون المخفي

عندما ننظر إلى السماء الليلية، نرى النجوم والكواكب وال المجرات - وهي المسألة المرعبة التي حطمت البشرية لعشرين عاما، ولكن خلال القرن الماضي، اكتسب إدراك عميقا من جديد فهمنا للكون: فأغلبية الكون ليس مخفيا فحسب، بل غير مرئي تماما، أي شيء شاهدناه مباشرة، وقد أدى هذا التناوب إلى أكثر من أي باحث واحد،

وتستكشف هذه المادة حياة فيرا روبن، وبحوثها المُحدقة، والإرث الدائم لتأكيدها للمسألة المظلمة، وسنتتبع رحلتها من فتاة صغيرة ذات تلسكوب منزلي إلى ثدي من علم الفلك المراقبة، ونتعمق في التفاصيل العلمية لقياسات التناوب التي تجريها، وندرس كيف مهدت نتائجها الطريق أمام نموذج المادة المظلمة الذي يهيمن على علم الكون.

الحياة المبكرة والتعليم: كسر الحواجز في حقل الإنسان

ستارجزر من فيلادلفيا

فيلادلفيا بنسلفانيا، فيليب كوبر، كان مهندسا كهربائيا، وكانت أمها روز آبلبوم كوبر تعمل كصانعة منزل، ومنذ سن مبكرة، كانت فيرا تشتعل من السماء الليلية، وفي العاشرة فقط، كانت هي وأختها تكذبان على سطح منزلهما، وتراقبان حفلات النيازك وتتعقبانقان

وقد أدى هذا الفضول إلى حضور جامعة بنسلفانيا، حيث تخرجت في عام ١٩٤٨ كرئيس فلكي وحيد في صفها، ولكن العقبات كانت فورية، وعندما تقدمت بطلبات إلى مدرسة الدراسات العليا في جامعة برنستون، تلقت رفضا مهذبا ولكنه راسخا: فبرينستون لم يعترف بالمرأة ببرنامجها الخاص بالعلوم الفلكية حتى عام ١٩٧٥، ولم يكن هناك أي مانع في أنها سجلت في جامعة كورنيل التي درست فيها

الدوام في جامعة جورج تاون

وبعد زواجها من الرياضيين روبرت روبن، الذي كان يكمل الدكتوراه في كورنيل، انتقل الزوجان إلى واشنطن، وتابعت العاصمة فيرا الدكتوراه في جامعة جورجتاون، وحققت التوازن بين الدراسات العليا وتربية أسرتها المتنامية )التي كانت ستنجب في نهاية المطاف أربعة أطفال، أصبحوا جميعا علماء(. وفي عام ١٩٥٤، تلقت السيدة روبين فكرة عن عدم التأثر بالديناميات المجرية التي اقترحتها.

وقد تميزت مسيرتها المبكرة باستمرار التمييز بين الجنسين، وكثيرا ما حرمت من الوصول إلى المقراب، مستبعدة من الاجتماعات المهنية، وقالت إن المرأة لا مكان لها في علم الفلك، ومع ذلك، قامت بتثابر ونشر أوراق وببطء بناء سمعة البيانات الدقيقة الموثوقة، وفي عام ١٩٦٥، انضمت إلى مؤسسة كارنيغي للعلوم في واشنطن العاصمة حيث ستنفق ما تبقى من حياتها المهنية.

سلسلة روتسي: الدليل الذي يُشير إلى الفيزياء الفلكية

تنبؤات جاذبية نيوتن

وتفهما لما كان عمل فيرا روبن ثوريا للغاية، يتعين علينا أن نعيد النظر في الفيزياء الأساسية لمجرة متناوبة، ففي السبعينات، كان لدى الفلكيين توقع واضح لكيفية تناوب المجرة الروحية، استنادا إلى قانون نيوتن للميكانيكي العالمي، والتوزيع الملحوظ للنجوم والغازات المرئية.

وقد كانت القياسات الأولية في الخمسينات والستينات قد تداعت إلى الهالات، وقد قام الفلكيون مثل هوراس بابكوك في مرصد جبل ويلسون بقياس التناوب في جالي أندروميدا، ووجدوا أن مناطقه الخارجية تدور بسرعة أكبر بكثير مما كان متوقعا، غير أن هذه البيانات المبكرة كانت محدودة، وكانت النتائج تعزى في كثير من الأحيان إلى أخطاء المراقبة أو إلى تصحيحات غير كاملة فيما يتعلق بالتراب والغاز.

ملاحظات روبن وفورد بشأن الركائز

وتعاون روبن، وهو يعمل في مؤسسة كارنيغي، مع شركة كينت فورد لبناء الأجهزة، التي وضعت نموذجا حساسا للغاية - " مركب النسيج التذكاري " - يمكن أن يلتقط عينات المجرات المزروعة بدقة غير مسبوقة، وحولت هذا الصك إلى عشرات من المجرات الاصطناعية، وقياسا لمراكز انبعاثات الألف الهيدروجين لتحديد المسافات المختلفة.

فبعد المجرات - بما في ذلك M31 (أندروميدا) و M33 و NGC 2403، والكثير من الجهات الأخرى - لم تسقط منحنى التناوب كما كان متوقعا، بل بقيت مسطحة: النجوم والغاز في الأسلحة الخارجية يدوران في نفس السرعة التي تقاس بها تلك الأقرب منها، بل إن بعض المنحنىات أظهرت زيادة طفيفة في الطرف الخارجي.

فالتفاوت هائل، إذ أن تناوب المجرة لكي يظل ثابتا على نطاق واسع، يجب أن يكون السحب الجاذبية من الداخل أقوى بكثير مما يمكن أن توفره النجوم والغاز المرئيان. ورأى روبن أن الكتلة اللازمة لإنتاج الطلبات الملاحظــة تزيد على الأقل عشرة أضعاف الكتلة المزروعة، وأن هناك شيئا غير مرئي - وهو " مادة dark " التي تمتد بعيدا عن القرص المرئي.

Understanding the ‘Dark Matter’ Hypothesis

ولم يكن مفهوم المسألة المظلمة جديدا تماما، ففي وقت مبكر من الثلاثينات، لاحظ فلك أمريكي سويسري فريتز زويكي أن المجرات في مجموعة الغامضة تتحرك بسرعة بحيث كان ينبغي أن تفكك المجموعة ما لم يكن هناك كتلة غير مرئية تحتجزها معا، ونادى بأن الكتلة المفقودة دنكلي ماتر كانت تعتمد إلى حد كبير على العمل المكثف.

وقد وفر عمل فيرا روبن أول دليل قوي وجامح على أن هذه الكتلة غير المرئية ليست حالة شاذة بل هي ملك عالمي للمجرات، وأظهرت أن المادة المظلمة ليست خريجة للمجموعات؛ وأنها في كل مكان تهيمن على الميزانية الجماعية للجرات الريحية، وأن أوراقها دقيقة، وعدم التيقن التي أبدتها بعناية، واستنتاجاتها غير قابلة للتناوب.

ومن الجدير بالذكر أن تفسيرات بديلة - مثل تعديل قوانين الجاذبية )مثلا، الحركة الوطنية، الديناميكية الجديدة الحديثة( - قد اقترحت، ولكن الأغلبية الساحقة من المجتمع الفلكي تقبل فرضية المسألة المظلمة لأنها تفسر طائفة واسعة من الملاحظات المستقلة التي تتجاوز التناوب المجري، وقد ظلت فيرا روبن نفسها منفتحة الأفق، ولكنها أشارت باستمرار إلى وجود عنصر شاغر.

The Impact of Rubin’s Discoveries on Modern Cosmology

سرقة مظلة الكون

وقبل عمل روبن، كان النموذج الكوني الموحد الذي كان يتكون في معظمه من مادة ذرية عادية، حيث كانت النجوم والغاز يشكلان الجزء الأكبر من كتلتها، وبعد قياسات منحنى التناوب، كان على الفلكيين أن يقبلوا بأن الكون المرئي - كل ما يمكننا رؤيته من بُعدات التلسكوب - هو مجرد معلومة من الجليد، وتتكون المجرات من أجزاء هائلة من البهجة بدلا من أن تُتَزِّر من الأشياء المظلمة.

كما أدى اكتشاف المادة المظلمة إلى تطوير محاكاة واسعة النطاق، مثل محاكاة الألفية و " إيلوستريز " ، التي تُمثل نمو الهيكل الكوني من وقت مبكر إلى اليوم الحالي، وتعتمد هذه المحاكاة على افتراض أن المادة المظلمة باردة، وتتفاعل بشكل ضعيف، وتسودها المهيمنة الجاذبية، وبدون تأكيد تجريبي من جانب روبن، فإن هذه المحاكاة ستستند إلى أساس ضعيف للغاية.

من تناوب المجرة إلى الشبكة الكونية

إن منحنى التناوب في روبن كانت مجرد خطوة أولى، أما الملاحظات اللاحقة على مجموعات المجرات )استخدام الانبعاث بالأشعة السينية من الغاز الساخن والتحسس الجاذبية( وخلفية الموجات الدقيقة الكونية )وبخاصة بواسطة السواتل المظلمة التابعة لبرنامج الرصد العالمي و " بلانك " ( فتقوم بتنقية فهمنا لدور المادة المظلمة، ونموذج " Lamda-CDM " الذي يصف فيه "

إن تركة فيرا روبن ليست مجرد اكتشاف شذوذ؛ بل هي الملاحظة الأساسية التي تستند إليها شهادة علم الكون الحديث بكاملها، ولم تربح جائزة نوبل - وهي إغفال مثير للجدل قام به العديد من العلماء - ولكنها حصلت على العديد من الشرف، بما في ذلك الطبعة الوطنية للعلوم في عام ١٩٩٣، ودليل الذهب الذي وضعته الجمعية الملكية للخيام الفلكي في عام ١٩٩٦ )الامرأة الثانية(.

التحديات والنزعة العنصرية والطريق إلى القبول

ولم يأت قبول المادة المظلمة بين عشية وضحاها، ففي السبعينات وأوائل الثمانينات، كان كثير من الفلكيين متشككين من استنتاجات روبن، وتساءلوا عما إذا كان يمكن أن تكون قياسات منحنى التناوب متحيزة بسبب آثار الاختيار أو الانقراض الغباري أو أخطاء المعايرة، وذهب البعض إلى أن المنحنىات المسطحة يمكن أن تفسر بواسطة نجوم غير مكتشفة أو غاز في نطاق واسع.

فبالنظر إلى هذه المسألة، فإن هذه المرأة في مجال يهيمن عليه الذكور، كثيرا ما تعاملت كجهة خارجية، وقد حرمت من الوصول إلى مرصد بالومار الذي يمتد من 200 بوصة، لأن المرصد لم يكن لديه حمام نسائي - وهو عذر سخيف يسلط الضوء على الجنس المؤسسي في الحقبة، وقد واصلت العمل، ونشر، والدعوة إلى تحقيق المساواة.

ولا تزال المادة المظلمة واحدة من أعظم الألغاز في الفيزياء، ونحن نعلم أنها موجودة من خلال آثارها الجاذبية، ولكننا لم نكتشفها مباشرة بعد في التجارب المختبرية (مثل تلك التي تبحث عن جسيمات ضخمة متداخلة بشكل ضعيف، أو دبابات نارية) أو تحدد طبيعتها الجسيمية، وقد حدد عمل فيرا روبن المرحلة التي يكتنفها هذا الغامض العميق، كما أن السعي إلى حله لا يزال يقود كلا الجسيمات.

فيرا روبن المبيت

وقد تخلى فيرا روبن في ٢٥ كانون الأول/ديسمبر ٢٠١١ عن عمر ٨٨ عاما، وقد عكست الثناءات التي صبت من جميع أنحاء العالم الأثر العميق الذي أحدثته، فشركة نيويورك تايمز تسمى " عالم الفلك الذي قدم قضية مظلمة " ، وهي الهيئة الفلكية الأمريكية التي أنشأت جائزة فيرا روبن للرعاية المبكرة في شرفها، ولكن ربما كانت أكثر أدوات رسم الخرائط ملاءمة هي مرفق فيرا سي.

كما أن قصتها تمثل شاهدا على المثابرة في مواجهة الشدائد، ولم تبرز فيرا روبن وجود مسألــة مظلمة، وتفهمت كيف تتعفن المجرات، وتبعت البيانات أينما كانت، وأن النزاهة غيرت وجهة نظرنا في الكون، وأن العلماء الشباب - وخاصة من المجموعات الممثلة تمثيلا ناقصا - يدلون على أن العاطفة والدقيقة والقدرة على التكيف يمكن أن تتغلب على أكثر الحواجز.

واليوم، كل مرة يقطع فيها طالب منحنى للتناوب على المجرة ويرونه مسطحا، يلمسون عمل فيرا روبن، وكل مرة يقوم فيها عالم الكون بمحاكاة تشمل المسائل المظلمة، يقفون على كتفها، وكل مرة نقف فيها في السماء الليلية، نعرف أن ما نراه هو جزء ضئيل من ما هو موجود فعلا.

النتيجة: المرأة التي رأيت اللامعة

وقد أتاحت قياسات فيرا روبن الدقيقة لخطوط التناوب المجرة أول دليل مقنع على نطاق المجرات بالنسبة للأمور المظلمة، وقد حول عملها فكرة مضاربة إلى أساس من علوم الكون الحديثة، وأعاد تشكيل فهمنا لتكوين الكون وهيكله، وتجاوزت التمييز بين الجنسين، والتشكيل، والتحديات التقنية التي تواجه إنتاج بيانات لا يمكن تجاهلها فحسب، بل إنها لا تفهم التركة في الكتب المدرسية المظلمة.

وبينما نواصل استكشاف حدود الفيزياء - من مرصد فيرا سي - ندين امرأة نظرت إلى النجوم واستفسرت عن سبب تحركها، فقد وجدت إجابة كشفت أن الكون أكثر غموضا وأكثر روعة مما تصوره أي شخص، ولا تزال قصة المادة المظلمة مكتوبة، ولكن فيرا روبن كتبت أكثر فصولها أهمية.

Further reading:]