الكون: الانفجار الكبير إلى الآن في 10 خطوات سهلة

يُظهر انطباع هذا الفنان المجرات في وقت أقل من مليار سنة بعد الانفجار العظيم ، عندما كان الكون لا يزال ممتلئًا جزئيًا بضباب الهيدروجين الذي يمتص الضوء فوق البنفسجي.

يُظهر انطباع هذا الفنان المجرات في وقت أقل من مليار سنة بعد الانفجار العظيم ، عندما كان الكون لا يزال ممتلئًا جزئيًا بضباب الهيدروجين الذي يمتص الضوء فوق البنفسجي. (رصيد الصورة: ESO / M. Kornmesser)



مقدمة

يمثل هذا العنقود الأولي البعيد للغاية مجموعة من المجرات تتشكل في وقت مبكر جدًا من الكون ، بعد حوالي مليار سنة فقط من الانفجار العظيم.



سوبارو / بي كاباك (SSC / معهد كاليفورنيا للتقنية)

النظرية المقبولة على نطاق واسع لأصل وتطور كوننا هي نموذج الانفجار العظيم ، الذي ينص على أن الكون بدأ كنقطة كثيفة وحارة بشكل لا يصدق منذ حوالي 13.7 مليار سنة. إذن ، كيف انتقل الكون من كسور من البوصة (بضعة مليمترات) إلى ما هو عليه اليوم؟

فيما يلي تفصيل للانفجار العظيم حتى الآن في 10 خطوات سهلة الفهم.

لقد استغرق الأمر أكثر من سبعة أيام لإنشاء الكون بالشكل الذي نعرفه اليوم. يبحث موقع ProfoundSpace.org في ألغاز السماء في سلسلتنا المكونة من ثمانية أجزاء: تاريخ ومستقبل الكون. هذا هو الجزء الثالث من تلك السلسلة.



الخطوة 1: كيف بدأ كل شيء

ناسا / WMAP

ناسا / WMAP

لم يكن الانفجار العظيم انفجارًا في الفضاء ، كما قد يوحي اسم النظرية. قال الباحثون ، بدلاً من ذلك ، كان ظهور الفضاء في كل مكان في الكون. وفقًا لنظرية الانفجار العظيم ، وُلد الكون كنقطة مفردة شديدة الحرارة ، وكثيفة جدًا ، في الفضاء.

علماء الكونيات غير متأكدين مما حدث قبل هذه اللحظة ، ولكن مع المهمات الفضائية المعقدة والتلسكوبات الأرضية والحسابات المعقدة ، عمل العلماء على رسم صورة أوضح للكون المبكر وتكوينه. [ قصه كامله ]

يأتي جزء أساسي من هذا من ملاحظات الخلفية الكونية الميكروية ، والتي تحتوي على الوهج اللاحق للضوء والإشعاع المتبقي من الانفجار العظيم. ينتشر هذا الانفجار العظيم في الكون ويمكن رؤيته من خلال مكشافات الميكروويف ، مما يسمح للعلماء بتجميع أدلة الكون المبكر معًا.

في عام 2001 ، أطلقت ناسا مهمة مسبار ويلكينسون لتباين الميكروويف (WMAP) لدراسة الظروف كما كانت موجودة في الكون المبكر عن طريق قياس الإشعاع من الخلفية الكونية الميكروية. من بين الاكتشافات الأخرى ، تمكنت WMAP من تحديد عمر الكون - حوالي 13.7 مليار سنة.



الخطوة الثانية: طفرة النمو الأولى في الكون

Hubble Spots 500 مجرة ​​في الكون المبكر

NASA و ESA و S. Beckwith (STScI) وفريق HUDF

عندما كان الكون صغيرًا جدًا - شيء مثل جزء من مائة من المليار من تريليون من تريليون من الثانية (يا للعجب!) - خضع لطفرة نمو لا تصدق. خلال هذه الاندفاعة من التوسع ، والتي تُعرف باسم التضخم ، نما الكون بشكل كبير وتضاعف حجمه 90 مرة على الأقل.

قال ديفيد سبيرجيل ، عالم الفيزياء الفلكية النظرية في جامعة برينستون في برينستون بولاية نيوجيرسي ، لموقع ProfoundSpace.org: 'كان الكون يتوسع ، ومع توسعه ، أصبح أكثر برودة وأقل كثافة'. [ قصه كامله ]

بعد التضخم ، استمر الكون في النمو ، ولكن بمعدل أبطأ. مع توسع الفضاء ، برد الكون وتشكلت المادة.



الخطوة 3: حار جدًا للتألق

علماء الفلك يكتشفون أول جزء من الثانية من الكون

ناسا / WMAP

تم إنشاء العناصر الكيميائية الخفيفة خلال الدقائق الثلاث الأولى من تكوين الكون. مع توسع الكون ، بردت درجات الحرارة واصطدمت البروتونات والنيوترونات لتكوين الديوتيريوم ، وهو أحد نظائر الهيدروجين. تم دمج الكثير من هذا الديوتيريوم لصنع الهيليوم.

لكن في أول 380 ألف سنة بعد الانفجار العظيم ، جعلت الحرارة الشديدة الناتجة عن خلق الكون الجو حارًا جدًا بحيث لا يسطع الضوء. تحطمت الذرات معًا بقوة كافية لتفكك إلى بلازما كثيفة غير شفافة من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات التي تشتت الضوء مثل الضباب.

الخطوة 4: ليكن نور

يمكن أن تساعد خريطة السماء الجديدة في الكشف عن كيفية تشكل الكون

اتحادات ESA / LFI & HFI

بعد حوالي 380 ألف سنة من الانفجار العظيم ، بردت المادة بما يكفي لتتحد الإلكترونات مع النوى لتكوين ذرات متعادلة. تُعرف هذه المرحلة باسم 'إعادة التركيب' ، وقد تسبب امتصاص الإلكترونات الحرة في جعل الكون يصبح شفافًا. الضوء الذي تم إطلاقه في هذا الوقت يمكن اكتشافه اليوم في شكل إشعاع من الخلفية الكونية الميكروية.

ومع ذلك ، فقد أعقب عصر إعادة التركيب فترة من الظلام قبل أن تتشكل النجوم والأجسام الساطعة الأخرى. [ قصه كامله ]

الخطوة 5: الخروج من العصور الكونية المظلمة

مجموعة المجرات العملاقة التي شوهدت في بدايات الكون

ESA XMM-Newton / EPIC، LBT / LBC، AIP (J. Kohnert)

بعد ما يقرب من 400 مليون سنة من الانفجار العظيم ، بدأ الكون في الخروج من عصوره المظلمة. تسمى هذه الفترة في تطور الكون بعصر إعادة التأين.

كان يُعتقد أن هذه المرحلة الديناميكية قد استمرت لأكثر من نصف مليار سنة ، ولكن بناءً على الملاحظات الجديدة ، يعتقد العلماء أن إعادة التأين ربما حدثت بسرعة أكبر مما كان يعتقد سابقًا. [ قصه كامله ]

خلال هذا الوقت ، انهارت كتل من الغاز بما يكفي لتشكيل النجوم والمجرات الأولى. أدى الضوء فوق البنفسجي المنبعث من هذه الأحداث النشطة إلى إزالة وتدمير معظم غاز الهيدروجين المحايد المحيط. تسببت عملية إعادة التأين ، بالإضافة إلى إزالة ضباب غاز الهيدروجين ، في جعل الكون شفافًا للأشعة فوق البنفسجية لأول مرة.

الخطوة السادسة: المزيد من النجوم والمزيد من المجرات

صورة تلسكوب هابل الفضائي للمجموعة الكروية M15 تبلغ مساحتها حوالي 120 سنة ضوئية. أكثر من 100000 نجم تشكل هذه البقايا من السنوات الأولى لمجرتنا ، وتستمر كرة النجوم في الدوران حول مجرة ​​درب التبانة

وكالة الفضاء الأوروبية ، هابل ، ناسا

يمشط علماء الفلك الكون بحثًا عن المجرات البعيدة والأقدم لمساعدتهم على فهم خصائص الكون المبكر. وبالمثل ، من خلال دراسة الخلفية الكونية الميكروية ، يمكن لعلماء الفلك العمل بشكل عكسي لتجميع الأحداث التي وقعت من قبل. [ قصه كامله ]

البيانات المأخوذة من البعثات القديمة مثل WMAP و Cosmic Background Explorer (COBE) ، التي تم إطلاقها في عام 1989 ، والبعثات التي لا تزال قيد التشغيل ، مثل تلسكوب هابل الفضائي ، الذي تم إطلاقه في عام 1990 ، كلها تساعد العلماء على محاولة حل الألغاز الأكثر ديمومة والإجابة على الأسئلة. الأسئلة الأكثر إثارة للجدل في علم الكونيات.

الخطوة 7: ولادة نظامنا الشمسي

كواكب النظام الشمسي كما هو موضح في الرسم التوضيحي للكمبيوتر التابع لوكالة ناسا. لا تظهر المدارات والأحجام على نطاق واسع.

ناسا

يُقدر أن نظامنا الشمسي قد ولد بعد 9 مليارات سنة بقليل بعد الانفجار العظيم ، مما جعله عمره حوالي 4.6 مليار سنة. وفقًا للتقديرات الحالية ، تعد الشمس واحدة من أكثر من 100 مليار نجم في مجرتنا درب التبانة وحدها ، وتدور حول ما يقرب من 25000 سنة ضوئية من قلب المجرة.

يعتقد العديد من العلماء أن الشمس وبقية نظامنا الشمسي تشكلت من سحابة عملاقة دوارة من الغاز والغبار تعرف بالسديم الشمسي. نظرًا لأن الجاذبية تسببت في انهيار السديم ، فقد تدار بشكل أسرع وتم تسويته إلى قرص. خلال هذه المرحلة ، تم سحب معظم المواد نحو المركز لتشكيل الشمس. [مخطط معلومات النظام الشمسي: من الداخل إلى الخارج]

الخطوة 8: الأشياء الخفية في الكون

يكشف الاصطدام الكوني الهائل عن مادة مظلمة غامضة

الأشعة السينية: NASA / CXC / CfA / M.Markevitch et al. ؛ بصري: NASA / STScI ؛ ماجلان / أريزونا / دي كلو وآخرون ؛ خريطة Lensing: NASA / STScI ؛ ESO WFI ؛ ماجلان / أريزونا / دي كلو وآخرون.

في الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي ، بدأ علماء الفلك في التفكير في أنه قد يكون هناك كتلة في الكون أكبر مما هو مرئي. لاحظت فيرا روبين ، عالمة الفلك في معهد كارنيجي بواشنطن ، سرعات النجوم في مواقع مختلفة في المجرات.

تشير فيزياء نيوتن الأساسية إلى أن النجوم الموجودة على أطراف المجرة ستدور ببطء أكثر من النجوم الموجودة في المركز ، لكن روبن لم يجد أي فرق في سرعات النجوم البعيدة. في الواقع ، وجدت أن جميع النجوم في مجرة ​​تبدو وكأنها تدور حول المركز بنفس السرعة تقريبًا. [ قصه كامله ]

أصبحت هذه الكتلة الغامضة وغير المرئية تعرف باسم المادة المظلمة. يُستدل على المادة المظلمة بسبب الجاذبية التي تمارسها على المادة العادية. تنص إحدى الفرضيات على أن الأشياء الغامضة يمكن أن تتكون من جسيمات غريبة لا تتفاعل مع الضوء أو المادة العادية ، وهذا هو سبب صعوبة اكتشافها.

يُعتقد أن المادة المظلمة تشكل 23 بالمائة من الكون. وبالمقارنة ، فإن 4 في المائة فقط من الكون يتكون من مادة عادية تشمل النجوم والكواكب والأشخاص.

الخطوة 9: الكون المتوسع والمتسارع

تشير الكتلة المجرية السمين إلى أن الطاقة المظلمة كانت أقوى منذ فترة طويلة

ناسا ، وكالة الفضاء الأوروبية ، D. Coe (مختبر الدفع النفاث التابع لناسا / معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، ومعهد علوم تلسكوب الفضاء) ، N. Benitez (معهد الفيزياء الفلكية في الأندلس ، إسبانيا) ، T. Broadhurst (جامعة بلاد الباسك ، إسبانيا) ، وه. فورد

في عشرينيات القرن الماضي ، قام عالم الفلك إدوين هابل باكتشاف ثوري حول الكون. باستخدام تلسكوب تم إنشاؤه حديثًا في مرصد ماونت ويلسون في لوس أنجلوس ، لاحظ هابل أن الكون ليس ثابتًا ، ولكنه يتوسع.

بعد عقود ، في عام 1998 ، درس التلسكوب الفضائي الغزير الذي سمي على اسم عالم الفلك الشهير ، تلسكوب هابل الفضائي ، المستعرات الأعظمية البعيدة جدًا ووجد أن الكون ، منذ زمن بعيد ، كان يتوسع ببطء أكثر مما هو عليه اليوم. كان هذا الاكتشاف مفاجئًا لأنه كان يُعتقد منذ فترة طويلة أن جاذبية المادة في الكون ستبطئ تمدده ، أو حتى تتسبب في تقلصه. [ قصه كامله ]

يُعتقد أن الطاقة المظلمة هي القوة الغريبة التي تفصل الكون بسرعات متزايدة باستمرار ، لكنها تظل غير مكتشفة ومحاطة بالغموض. يعد وجود هذه الطاقة المراوغة ، والتي يُعتقد أنها تشكل 73٪ من الكون ، أحد أكثر الموضوعات إثارة للجدل في علم الكونيات.

الخطوة 10: ما زلنا بحاجة إلى معرفة المزيد

قد يكون تسريع الكون والطاقة المظلمة أوهام

ناسا

بينما تم اكتشاف الكثير حول إنشاء الكون وتطوره ، إلا أن هناك أسئلة مستمرة لا تزال دون إجابة. تظل المادة المظلمة والطاقة المظلمة من أكبر الألغاز ، لكن علماء الكونيات يواصلون استكشاف الكون على أمل فهم أفضل لكيفية بدء كل شيء.

لقد استغرق الأمر أكثر من سبعة أيام لإنشاء الكون بالشكل الذي نعرفه اليوم. يبحث موقع ProfoundSpace.org في ألغاز السماء في سلسلتنا المكونة من ثمانية أجزاء: تاريخ ومستقبل الكون. هذا هو الجزء الثالث من تلك السلسلة.