رحلة الضوء في الكون المبكر: من الانفجار العظيم إلى النجوم الأولى

أخبار سوريا والعالم/ هل تساءلت يومًا عن وجود الضوء في بداية الكون؟ الإجابة المختصرة هي "لا"، لكن التفاصيل تكشف قصة رائعة. في البداية، كان الضوء محاصرًا واستغرق خروجه مئات الآلاف من السنين، بينما استغرق تشكل النجوم حوالي 100 مليون سنة.

اكتشف عالم الفلك إدوين هابل في عام 1929، من خلال فحص حركة المجرات، أن الكون يتمدد، مما يشير إلى أنه كان أصغر حجمًا في الماضي. وقد حسب العلماء أن الكون بأكمله كان مُركّزًا في نقطة واحدة شديدة الكثافة قبل حوالي 13,8 مليار سنة، وهو ما يعرف بالانفجار العظيم.

يقول أندرو لايدن، رئيس قسم الفيزياء والفلك في جامعة بولينغ غرين ستيت في أوهايو، لموقع لايف ساينس، إنه مع الانفجار العظيم، تم إنشاء الفضاء وتوسعته، إلى جانب كل شيء في الكون.

ويضيف لايدن أن المادة التي تشكل الكون حاليًا كانت في صورة طاقة في ذلك الوقت، مستندًا إلى معادلة أينشتاين الشهيرة E=mc² التي توضح العلاقة بين الطاقة والكتلة. مع تمدد الكون، انخفضت كثافة الطاقة وبردت، وبدأت الجسيمات الأولى بالتشكل خلال الثانية الأولى بعد الانفجار العظيم، بما في ذلك الفوتونات التي تكون الضوء، بالإضافة إلى البروتونات والنيوترونات والإلكترونات التي تكون الذرات. وبعد حوالي 3 دقائق، اندمجت البروتونات والنيوترونات لتكوين نوى الذرات مثل الهيليوم، وفقًا لوكالة ناسا.

ويوضح لايدن أن الفوتونات كانت موجودة منذ الثانية الأولى بعد الانفجار العظيم، لكنها لم تتمكن من التألق عبر الكون لأن الكون المبكر كان ساخنًا للغاية، وكانت الإلكترونات تتحرك بسرعة فائقة بحيث لم تتمكن النوى الذرية من حملها في مدار حولها، مما جعل الكون أشبه بـ "حساء كثيف شديد الحرارة".

ويشير لايدن إلى أن الإلكترونات الحرة في الكون المبكر كانت تعيق حركة الضوء، فكلما حاول الضوء السفر في خط مستقيم، كان يصطدم بالإلكترونات.

ويوضح سرينيفاسان راغوناثان، عالم الكونيات بجامعة إلينوي في أوربانا-شامبين، لموقع لايف ساينس، أن حالة مشابهة تحدث داخل الشمس، حيث يستغرق الضوء الناتج عن التفاعلات النووية في مركز الشمس حوالي مليون إلى مليوني سنة للوصول إلى سطحها بسبب وجود الكثير من الإلكترونات الحرة.

بعد حوالي 380,000 عام من الانفجار العظيم، سمح تمدد الكون بتبريده بما يكفي لتجميع النوى الذرية على الإلكترونات، وعندها فقدت الإلكترونات حريتها، وتحول الكون من حساء ساخن كثيف إلى كون صافٍ ينتقل فيه الضوء بحرية.

ويشير لايدن إلى أن الضوء النموذجي للكون عندما كانت درجة حرارته حوالي 3000 كلفن كان في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة والأطوال الموجية المرئية، ولكن مع تمدد الكون على مدار أكثر من 13 مليار سنة وانخفاض درجة حرارته، امتد ضوء الكون الأول إلى أطوال موجية ميكروويف أطول.

اكتشف علماء الفلك هذا الإشعاع المتبقي من الانفجار العظيم، والذي يسمى الخلفية الكونية للميكروويف، في عام 1964.

وقد أثمر تحليل هذه الموجات الميكروية عن رؤى عديدة، مثل ظاهرة عدسة الجاذبية التي تتسبب فيها جاذبية المجرات في تشويه الضوء. ويقول راغوناثان إن دراسة مقدار التشوه الذي تعرضت له الخلفية الكونية الميكروية يمكن أن تساعد العلماء على إعادة بناء البنية واسعة النطاق للكون.

بعد انبعاث ضوء الانفجار العظيم، مر الكون بفترة تُعرف بالعصور المظلمة الكونية، وفي النهاية، أدت جاذبية سحب الغاز إلى انهيار كتل المادة على نفسها، مما أدى إلى نشوء الجيل الأول من النجوم، وبدأ الفجر الكوني بعد حوالي مليار سنة من الانفجار الكبير، عندما احتوى الكون على مجرات مليئة بالنجوم، وفقًا للايدن.