تقول علم الكونيات الحالي لدينا إن المادة المظلمة الباردة ساعدت في تشكيل المجرات الصغيرة في الكون المبكر. لكن البيانات الأخيرة من تلسكوب جيمس ويب الفضائي تتحدى هذه الفكرة. الفلكيون، مثل ستي سي مكغو من جامعة كيس ويسترن ريزيرف، يعتقدون أنه بما أن نظرياتنا لا تتطابق مع الملاحظات، فقد يكون الوقت قد حان لإعادة التفكير في قصتنا حول كيفية تشكل الكون في شبابه المتطرف. وفقًا لمكغو وفريقه، تدعم الأبحاث الجديدة نظرية MOND. جلس ديف أداليان من EarthSky مع ستي سي مكغو للحديث عن اكتشافات فريقه، وما تعنيه بالنسبة لعلم الكونيات وأين نذهب من هنا يوم الاثنين، 18 نوفمبر. النص الكامل لتلك المقابلة موجود أدناه. إنها أشياء مثيرة للاهتمام!

تقويم القمر لعام 2025 من EarthSky متاح الآن! تقويم بحجم ملصق فريد وجميل. تابع جميع مراحل القمر كل ليلة من السنة.

ديف أديليان
مرحبًا، مرحبًا بعودتك إلى EarthSky. في هذا الوقت، سنتحدث مع عالم الفلك ستاسي مكغو في جامعة كيس ويسترن ريزيرف في ولاية أوهايو. إنه يدرس المجرات المظلمة، المادة المظلمة ونظريات الجاذبية المعدلة، والتي ستكون مفتاحية لما سنتحدث عنه اليوم. هو خبير في المجرات ذات السطوع السطحي المنخفض، وهي الأجسام التي تكون فيها النجوم منتشرة بشكل أرق من تلك الموجودة هنا في موطننا في درب التبانة. وقد أظهر أيضًا أن هذه المجرات الخافتة تبدو مهيمنة على المادة المظلمة وأنها توفر مجموعة فريدة من الاختبارات لنظريات تشكل المجرات وللجاذبية المعدلة.

ستاسي، أول شيء نود أن نسألك عنه هو، هل الانفجار العظيم آمن؟ أنت لا تخبرنا بأننا سنتخلص من الانفجار العظيم، أليس كذلك؟

<>

ستياسي مكغو
لذا لا، فإن نظرية الانفجار العظيم جيدة حتى الآن كما أعلم. سنستعرض بعض الأفكار العميقة والتحديات في هذا الحديث. لكن أعتقد أنه من المؤكد تجريبياً أن الكون في حالة توسع. لقد مر بمرحلة ساخنة مبكرة أنتجت لنا النوى التي أعطتنا الهيدروجين، الهيليوم، والليثيوم الموجودين في الكون، وترك خلفه أيضًا مجال إشعاعي متبقي نعرفه بأنه الخلفية الكونية الميكروية.

لذا فإن هذا الإطار أعتقد أنه صحيح، ويجب أن يكون صحيحًا في أي نظرية. المسألة تكمن في الوصول إلى النظرية الصحيحة.

ديف أديليان
رائع. حسنًا، عظيم. حسنًا، لقد خففت عني هذه الفكرة. كنت قلقًا من أن الانفجار العظيم قد يكون في ورطة. لكن لا. ليس من جانبك. حسنًا، هناك بعض الأدلة المتزايدة، قليل هنا وهناك، أن الانفجار العظيم قد لا يكون كما نعتقد، أو ربما هو كذلك. لا نعرف. أليس كذلك؟

ستياسي مكغو
ليس من جانبي.

حسناً، لقد كانت دائماً هدفاً، أليس كذلك؟ هناك أشخاص لا يحبون الفكرة. لذا هناك الكثير من الأحاديث المجنونة من تلك الجهة. عليك أن تكون حذراً من ذلك. من ناحية أخرى، يجب أن تكون حذراً من عدم تجاهل الأمور المشروعة بالتبعية. وبالتالي، من المؤكد أنه قد يكون هناك نوع من الأدلة التي ينبغي علينا إعادة النظر فيها.

كما تعلم، قضيت الكثير من الوقت في مسيرتي المهنية أحاول تقييم كيف يكون ذلك، وما هو ذلك. لذا في رأيي، الانفجار العظيم، كما نعرفه، ليس في خطر جدي. أود أن أقول إن النظرية المحددة التي يؤمن بها معظمنا في الوقت الحاضر، ما يسمى بنظرية المادة المظلمة الباردة لامدا، هي أكثر عرضة للتساؤل.

<>

ديف أديليان
لذا، هذا يعيدنا إلى الورقة التي أعدتها أنت وفريقك. أنت المؤلف الرئيسي هنا. وأفهم أنك نظرت في بعض البيانات من تلسكوب جيمس ويب الفضائي، يعود تاريخها إلى أبعد ما يمكن رؤيته، إلى أقدم الهياكل في الكون. نحن نتحدث عن عصر كان فيه كل شيء نوعًا ما مختلطًا. عذرًا على ذلك. بعبارة أخرى، كل شيء كان جديدًا تمامًا. كان الكون في مرحلة الشباب وبراءة الطفولة، ولم يكن لديه أي فكرة عما كان قادمًا له.

لذا أعني، لكننا سنتحدث عن النظرية الأساسية لكيفية بدء المجرات والهياكل المبكرة في الكون، أليس كذلك؟ إلى أي مدى نعود بالحديث؟

ستيزي مكغو
أود أن أقول كل شيء، ولكن ليس تمامًا كل شيء. لذا في المليار سنة الأولى أو نحو ذلك، وخاصة في النصف الأول من المليار سنة بعد الانفجار العظيم. مليار سنة، زائد أو ناقص. هذا وقت طويل بالنسبة لك ولي. بالنسبة للكون، إنه الشهر الأول في التقويم، أليس كذلك؟ عمر الكون 13، ربما 14، مليار سنة.

لذا قمنا ببناء تلسكوب جيمس ويب الفضائي لننظر ونرى كيف تشكلت المجرات في أقدم الأوقات. وقد نجح بشكل رائع في القيام بذلك. وهو يكشف لنا أشياء حدثت في انزياحات حمراء عالية بشكل غير معقول [ملاحظة المحرر: تمكّن الانزياحات الحمراء علماء الفلك من قياس المسافات وأوقات النظر إلى الوراء].

المليار سنة الأولى – كما تعلم، أقل من شهر على ذلك التقويم الكوني – كل ذلك يحدث في يناير. والكثير منه يحدث، كما تعلم، في الأسبوع الثاني أو نحو ذلك.

<>

ديف أداليان
عندما نتحدث عن الانزياح الأحمر، وهذا بخصوص z [ملاحظة المحرر: غالبًا ما يرمز الفلكيون لقيمة الانزياح الأحمر بالحرف z]. z الآن هو 0. هل هذا صحيح؟ z=0. لذا، فإن z الذي سنتحدث عنه هو حوالي 2 أو 3. هل هذا صحيح؟ أين ننظر؟ ماذا ننظر إليه؟

ستاسي مكغو
نعم، هذا صحيح.

حسنًا، هذا سؤال رائع. لذا، فإن الانزياح الأحمر يقيس مدى تمدد الضوء منذ أن تم انبعاثه والكون في حالة توسع. لذا، كلما عدنا بالزمن إلى الوراء، كلما اقتربنا من بداية الانفجار الكبير، زاد مقدار التمدد. وبالتالي، فإن الانزياح الأحمر يكون أعلى. والعلاقة بين زمن الرجوع، كما تعلم، قبل مليون سنة، أو مليار سنة، كم من الوقت كانت تلك الفوتونات تسافر؟

<>

معظم الوقت الكوني يقع بين الآن والانزياح الأحمر 1. وهذا كثير، أليس كذلك؟ إنه وقت طويل، 7 مليارات سنة تقريبًا. وهو يتوافق مع أخذ طيف وفعليًا مضاعفة جميع الأطوال الموجية، أليس كذلك؟ لذا إذا رأيت خطًا طيفيًا ما، فإنه يتحول بواحد. وهذا يعني 100% كاملة، بشكل أساسي. ويمكن أن يصل الانزياح الأحمر إلى مستويات مرتفعة بشكل عشوائي، وستصبح الأمور أكثر انزياحًا. لذا فإن الانزياحات 2 و3 تعتبر مبكرة جدًا في تاريخ الكون. تلسكوب جيمس ويب يظهر لنا أشياء عند انزياح أحمر 10 وما فوق حتى. لذا نعم، واو.

تعلم، أتذكر بعض الادعاءات المبكرة في التسعينيات عندما قررنا أنه يجب علينا بناء هذا الشيء [تلسكوب جيمس ويب الفضائي]. وكان هناك مزاعم عن أشياء عند انزياح أحمر 7 وكنا نقول، لا، لا يمكن أن يكون ذلك صحيحًا.

وأتذكر حديثي مع أصدقاء من المنظرين الذين كانوا قاطعين: لا يوجد شيء فوق انزياح أحمر 7.

ديف أداليان
تقدم إلى الآن. وكانت تلك نظرة معقولة. كانت آنذاك. لكنها ليست كذلك الآن.

لذا، حسنًا، ورقتك البحثية تُدعى “تكوين الهياكل المتسارعة، الظهور المبكر للمجرات الضخمة ومجموعات المجرات”. وماذا رأيت هناك؟ كنت تتوقع رؤية مجرات أولية [مجرات في طور التكوين].

هل نحتاج إلى التحدث عن نموذج لامبدا CMD هنا [المعروف أيضًا بـ “النموذج القياسي”، وهو النموذج الأكثر شيوعًا لكيفية عمل كوننا على أكبر المقاييس]؟ ماذا رأيت؟ لماذا لا تخبرنا فقط بما رأيت، وما هي “الشظايا المجرة الأولية”؟ وهل وجدتها؟ دعنا نبدأ من هناك. كيف يبدو ذلك؟

ستييسي مكغو
بالتأكيد.

حسنًا، ماذا نتحدث هنا؟ حسنًا، نحن نعيش في مجرات اليوم التي تكون كبيرة عند الانزياح الأحمر 0، مثل مجرة درب التبانة. وعندما ننظر إلى الكون من حولنا، نرى مجرات جزيرية أخرى مثل هذه، في الأساس مجموعات كبيرة من النجوم، مثل مجرتنا درب التبانة، مع الكثير والكثير من الفضاء الفارغ بينها.

ثم يتشكل ذلك في هياكل أكبر، تجمعات، فراغات، حيث لا توجد بشكل أساسي مجرات. هناك جدران وخيوط بينها، هذه السجادة الكاملة من الهيكل الكبير النطاق للكون ذو الانزياح الأحمر المنخفض.

لذا أردنا أن نعرف كيف جاء ذلك إلى الوجود. ولدينا الكثير من الأفكار حول كيفية حدوث ذلك. لذا، هذه هي النقطة التي تأتي منها نظرية المادة المظلمة الباردة لامدا.

<>

جزء لامبدا هو ما تسمعه أيضًا من الناس يتحدثون عن الطاقة المظلمة. هذا هو ما يجعل معدل توسع الكون يتسارع. لا نهتم كثيرًا بذلك لأغراضنا اليوم. إنه فقط يضع الإطار، الذي حدثت فيه كل هذه الأمور. الكون المتوسع في الخلفية هو الانفجار العظيم الساخن. المادة المظلمة الباردة مهمة جدًا. لذا، في الكون المبكر، لدينا قيود رصدية تسبق حتى ما يظهره تلسكوب ويب.

تحتاج إلى شيء إضافي. دعني أقولها بهذه الطريقة.

وأفضل تخمين لدينا لما كان ذلك الشيء الإضافي هو هذه المادة المظلمة الباردة.

وأحد الأسباب لذلك هو أن الخلفية الميكروويفية الكونية، تلك الإشعاع الكوني المتبقي من الانفجار العظيم الساخن. هذا يأتي إلينا من انزياح أحمر قدره 1,000، حتى أكثر قليلًا من ذلك.

<>

كان عمر الكون فقط بضع مئات الآلاف من السنين. لذا، هذه صورة طفولية للكون ولم يكن له هيكل يُذكر. لذلك نرى هذا القدر الغني من الهيكل اليوم. وقد لوحظ أن الكون المبكر كان موحداً للغاية.

ومن هنا تبرز السؤال، كيف وصلت من هناك إلى هنا؟

ديف أدا ليان
من أين جاء الهيكل؟ هل كان هناك مادة مظلمة باردة سببت بدء تجمع الأشياء؟ ومن ثم بنينا على تسلسل من الصغير إلى الكبير. هذه هي نظرية مادة الظلام الباردة. لكن هناك نهج آخر، أليس كذلك؟ يرجى المتابعة.

ستييسي مكغو
بالضبط. بالضبط.

حسناً، أعتقد أننا يجب أن نتحدث عن مادة الظلام الباردة قليلاً أكثر، لأن ما قلته صحيح تماماً. ولكن يستحق الأمر التوسع، أعتقد، فيما نتوقعه من تلك النظرية.

<>

في الواقع، معظم الورقة تتعلق بذلك. وهو أمر مهم. النظرية جيدة فقط بقدر ما هي متوقعة. ماذا تتوقع؟ لأنه يمكنك دائمًا تزيينها لاحقًا. لذلك من المهم حقًا تحديد ما كنت تتوقعه عند الدخول.

ديف أداليان
حسناً. حسناً، جيد.

ستيستي مكغو
وكانت فكرة المادة المظلمة الباردة هي أخذ تلك الحالة المبكرة السلسة جدًا من الكون وإضافة شيء إضافي لجعل الهيكل ينمو. لذا فإن الجاذبية قوة جاذبة. نحن نرى تقلبات كثافة صغيرة في ذلك المجال الإشعاعي المبكر، لكنها صغيرة جدًا.

لذلك ستأخذ الجاذبية تلك الأشياء وتجعل الغني أكثر غنى. لذا فإن شيئًا يبدأ بكثافة إضافية قليلاً سيصبح أكثر وأكثر كثافة. والفكرة هي أنه في النهاية يصبح مجرة.

<>

المشكلة هي أن الجاذبية كما علمنا إياها نيوتن وأينشتاين ليست قوية بما يكفي للوصول إلى هنا من هناك. لا يمكنك الوصول إلى هنا من هناك. ولذا تحتاج إلى شيء ما لدفع العملية. تحتاج إلى شيء إضافي.

دايف أديليان
نوع من طاقة التنشيط.

ستاسي مكغو
لذا كانت الفكرة هي أننا سنضيف هذه المادة المظلمة الباردة، مواد لا تتفاعل مع الفوتونات عن قصد وبنية. ومن ثم يمكن أن تنمو دون أن تترك الكثير من الآثار على الخلفية الميكروويف. لذا نحتاج إلى ذلك [لكي تعمل النظرية]. نحتاج إلى شيء إضافي، على أي حال، لجعل الهيكل ينمو للوصول إلى هنا من هناك.

وهذه كانت واحدة من الأسباب التي جعلتنا نخترع هذه المادة [المادة المظلمة] في المقام الأول.

الآن هذا يقودنا إلى … نحتاج إلى الوصول هنا من ذلك، أليس كذلك؟ هناك ألغاز أخرى مثل تكوين الباريونات. لماذا يوجد مادة طبيعية أكثر من المادة المضادة؟ لا نفهم ذلك حقًا بعد.

لذا هناك ألغاز أساسية لا تزال موجودة، وهو أمر رائع نوعًا ما. ولكن – بمجرد أن نحصل على المادة المظلمة الباردة – يمكننا حساب الحل الأساسي الذي يقدمه لنا أينشتاين لكيفية توسع الكون، ونقوم فقط بتعديل ذلك قليلاً ونظهر كيف ينبغي أن تنمو تلك البنية في وجود المادة المظلمة الباردة.

وقد كانت هذه نظرية ناجحة جدًا. إنها تظهر كيف يمكنك الوصول إلى هنا مع الكثير من البنية من هناك منذ زمن بعيد، مع هيكل ضئيل جدًا.

ديف أداليان
صحيح.

لذا فإن توقعاتها قد أثبتت صحتها في معظم الأحيان، أليس كذلك؟ نظرية لامبدا-CMD هي نظرية قوية في هذا الصدد.

ستي سي مكغو
نعم، نعم ولا. أعني أن نموذج لامدا-سي دي إم هو ملاءمة ممتازة لجميع البيانات عند الانزياح الأحمر المنخفض لهياكل كبيرة النطاق. لم نصل إلى هناك فقط. كانت أفضل تخميناتنا الأولية ما كنا نسميه نظرية المادة المظلمة الباردة القياسية، دون لامدا. وقد فشلت بشكل سيء. كنا نعلم أننا بحاجة إلى المادة المظلمة الباردة.

لكن تلك النظرية لم تعمل فعليًا لشرح الهياكل الكبيرة النطاق بمفردها. كان علينا القيام بشيء مختلف. باختصار، أصبح ذلك هو لامدا. لذا انتقلنا من الثمانينات، مؤمنين بنظرية المادة المظلمة الباردة القياسية، مع وجود جميع أنواع القضايا في التسعينات. وبنهاية ذلك، قررنا، لا، إنها المادة المظلمة الباردة لامدا.

وأذكر ذلك جزئيًا لأنه من السهل النظر إلى النجاحات، وهناك الكثير منها. يمكنك النظر إلى نموذج لامبدا-سي دي إم الآن والتفكير، حسنًا، إنه تنبؤي. لكنه ليس تنبؤيًا بالقدر المتوقع. لقد تم تركيبه. لأننا بدأنا بشيء مختلف. الآن، ومع ذلك، فإنه يناسب العديد من الأشياء المختلفة التي قد لا يفعلها بالضرورة. هناك قيود مستقلة. لذا أجد ذلك مثيرًا للإعجاب. لكن …

لم نتوقع الكمية من البنية الكبيرة التي نراها. لقد فوجئنا بذلك. كنا في حالة صدمة عندما أجرينا مسوحات لمجرات قريبة.

ديف أداليان
لذا نتحدث الآن عن البيانات التي فحصتها من ويب والتي أدت إلى الورقة. وما وجدته لم يكن شظايا أو لبنات بناء، شظايا بروتو مجرية. لم تجد تلك الأعداد التي كنت تتوقعها. أليس كذلك؟

ستي سي مكغو
هذا صحيح. لذا بشكل أساسي ما كان لدينا قبل ملاحظات تلسكوب ويب هو نقطة انطلاق سلسة جداً، ونقطة انتهاء متكتلة جداً. أردنا أن نعرف ما يحدث في الوسط.

لذا هذا ما يخبرنا به ويب الآن. وما توقعه نموذج لامدا-سي دي إم هو أنه كان يجب عليك البناء ببطء وتدريجياً من هذه الحالة الأولية السلسة. وهذا ما يشكل هذه الأجزاء البروتغالactic.

ديف أديليان
صحيح.

ستي سي مكغو
إنها عملية الاندماج الهرمي لهذه الأشياء، حيث تندمج الأشياء الصغيرة لتشكل أشياء أكبر، وتندمج تلك لتشكل أشياء أكبر بعد … من المفترض أن تشكل هذه العملية المجرات التي نراها اليوم. هذا منطقي تماماً رياضياً، لكنه يستغرق وقتاً طويلاً للقيام به.

وهكذا، هذا ما لا نراه. في هذه الانزياحات الحمراء العالية جدًا التي يكشف عنها تلسكوب ويب، توقعنا أن يكون هناك الكثير والكثير من البروتغالاكسيات الصغيرة. وبدلاً من ذلك، ما نراه هو عدد مفاجئ من الأشياء التي تبدو وكأنها، ها هي مجرة. وها هي مجرة أخرى.

هناك أكوان جزيرية كبيرة موجودة بالفعل في أوقات مبكرة جدًا، أكبر مما كان ينبغي أن تكون في هذه النظرية القياسية.

ديف أديليان
وفي بعض منها، توقف تكوين النجوم بشكل أساسي. هل هذا صحيح؟ أعني، هذا يدل على العمر، أليس كذلك؟

ستياسي مكغو
لذا نعم، لنعد بالزمن إلى الوراء، لقد كنا ندرس المجرات منذ فترة طويلة. ومن دون المعرفة بنظرية لامدا-سي دي إم التي كنا نتحدث عنها للتو، كان الناس ينظرون إلى خصائص المجرات ويستنتجون بالفعل أن بعضها قديم. لقد توقفت عن تشكيل النجوم منذ زمن بعيد. وكان يبدو أنها شكلت تقريبًا جميع نجومها في وقت مبكر جدًا.

تندرج المجرات الإهليلجية الأكثر سطوعًا ضمن هذا النوع من الفئة.

ببساطة، من هذه الصورة، قد تظن أن أكبر الأشياء هي هذه المجرات الإهليلجية. كان ينبغي أن تتشكل في النهاية، لذا يجب أن تحتوي على أصغر النجوم. لكنها تحتوي على أقدم النجوم. ولذا فإن هذا له تفسير معقول في لامدا-سي دي إم. إنه يوجد فرق بين متى تتشكل النجوم ومتى تتجمع في مجرة.

ديف أديليان
انتظر، ماذا؟

حسناً.

هل تتشكل النجوم القديمة في مجرات جديدة؟

ستاسي مكغا
بالضبط. لذا فإن هذه الشظايا البروتوجالكتيكية الصغيرة قد تكون المكان الذي حدثت فيه كل تلك العمليات التكوينية للنجوم. ثم اندمجت لتتجمع في المجرة العملاقة الأكبر. كانت هذه هي الصورة المتوقعة. هذه هي الفكرة.

ديف أديليان
حسناً.

لذا كانت هذه هي النظرية، صحيح؟ حسنًا. لكن هذا ليس ما رأيته. هذا ليس ما اكتشفه ويب، أليس كذلك؟

ستاسي مكغا
هذا ليس ما يراه ويب. ودعني أعطي الفضل للمجتمع الفلكي بأكمله هنا. هناك العديد من الفلكيين الذين يعملون مع ويب على هذه البيانات. لقد لعبنا دورًا صغيرًا جدًا في تحليلها. وهي حقًا جهد جماعي أولاً لبناء هذه المنشأة المعقدة حقًا، وإطلاقها إلى الفضاء، ثم التعامل مع البيانات التي تعود، كمجموعة من البيانات الغزيرة.

نعم، لكن ما أدركه الناس في وقت مبكر جداً من الصور الأولى هو أن هناك مجرات أكثر سطوعاً عند انزياحات حمراء أعلى مما كان متوقعاً في السيناريو الذي تحدثنا عنه للتو.

ديف أديليان
حسناً. لذا، في الورقة، أنت والفريق تقدمون حجة مفادها أن ما ترونه مدعوم بنظرية بديلة لتكوين الكون، وهي الديناميكا النيوتونية المعدلة، أليس كذلك؟

ستيـسي مكغو
صحيح. هذا صحيح.

ديف أديليان
ما هذا بحق الجحيم؟

ستيـسي مكغو
ما هذا بحق الجحيم بالفعل؟ لقد كنت أسأل نفسي هذا السؤال منذ ما يقرب من 30 عاماً.

ديف أديليان
آمل أن تكون قد توصلت إلى بعض الإجابات الجيدة التي يمكنك مشاركتها.

ستي سي مكغو
حسنًا، أحيانًا نعم، وأحيانًا لا. إنها حقًا مسألة تحدي. إذا اعتبرنا الأمر بهذه الطريقة، فإننا نتحدى النظرية بشكل أعمق، إن لم يكن الانفجار العظيم نفسه.

وعند النظر إلى تاريخ العلوم، يستغرق الأمر وقتًا طويلًا لفهم هذه الأفكار. قدم نيوتن فكرة القانون العالمي للجاذبية. ونحن نعتبر ذلك بديهيًا ونتوقع من طلابنا في السنة الأولى أن يستوعبوه على الفور. كما تعلم، لم يكن متأكدًا من مصدرها بنفسه. وواجه الكثير من الناس صعوبة في تقبل ذلك، لأنهم رأوا أن هناك شيئًا سحريًا يحدث عند وجود تأثير عن بُعد. كيف يمكن أن يحدث ذلك؟ الشمس تصل وتمسك بالأرض أو شيء من هذا القبيل.

وهناك العديد من الجوانب التي نعتبرها جزءًا مما نسميه الآن الديناميكا النيوتنانية، والتي نأخذها كأمر مسلم به. لكن استغرق الأمر وقتًا طويلاً لتطويرها.

على سبيل المثال، معادلة بواسون هي أداة أساسية نستخدمها في نوع التحليلات التي نقوم بها حول الديناميات. وقد جاء ذلك بعد عقود من الزمن. يستغرق الأمر وقتًا طويلاً لفهم هذه الأمور. لذلك أعتقد أننا لا زلنا في تلك المرحلة مع هذه الديناميات المعدلة. إنها تخبرنا بشيء ما. لكننا لا نعرف حقًا ما هو بعد.

ديف أديليان
حسنًا. حسنًا. إذن نحن لا نعرف. الملاحظات لا تتطابق مع نظرية لامدا-سي دي إم كما ينبغي. في الواقع، لا تتطابق معها جيدًا على الإطلاق. لكن ما وجدته يدعم نظرية مونيد.

ستياسي مكغو
ههههه.

نعم.

ديف أديليان
لكن كيف يسمح لنا ذلك بالاحتفاظ بانفجار العظيم إذن؟ لنعد إلى هناك. لا زلت قلِقًا بشأن الانفجار العظيم.

ستياسي مكغو
حسنًا، لذا … هذا شيء صحي. يجب أن نقلق بشأن كل شيء.

فقط أن بعض الأمور راسخة جداً، لدرجة أننا ننسى أننا يجب أن نقلق بشأنها. والمادة المظلمة هي مثال على ذلك. أعني، عندما واجهت هذه المسألة لأول مرة، كنت أضرب رأسي. كيف يمكن أن تكون هذه النظرية الغبية، MOND، قد تحقق أي من تنبؤاتها بينما هناك الكثير من الأدلة على وجود المادة المظلمة؟

وقد كافحت حقاً مع هذا السؤال لفترة طويلة حتى أدركت أن هناك أدلة على أن شيئاً ما خاطئ. نحن لا نعرف فعلياً أيهما. وبالتالي تحتاج إلى ملاحظات إضافية مثل هذه لمحاولة التمييز بين أين تصنع النظريات تنبؤات مختلفة. وكان التنبؤ في حالة MOND هو أن المجرات ستتشكل بسرعة.

ديف أديليان
في الماضي.

ستي سي مكغو
حسناً، هذا جزء من الماضي الآن. عليك أن تسأل، أيهما أقوى؟ لقد اخترعنا المادة المظلمة الباردة لتسريع عملية التكوين. واخترعنا MOND لنفس الأسباب تقريباً، لإعطاء قوة أكبر. لكنها اختراع مختلف.

لذا عليك أن ترى كيف تتصرف الأشياء. وإذا سألت ببساطة، حسنًا، ها هي منطقة ما من الكون المبكر التي تتوسع، لكنها تطيع MOND، كم من الوقت يستغرق الانهيار وتكوين كائن بحجم مجرة؟ والإجابة هي حوالي نصف مليار سنة. يمكنك القيام بذلك الحساب. إنه بسيط إلى حد ما. وما ينبغي أن يستغرق بضع مليارات من السنين يحدث في تلك الإطار الزمني الأسرع بكثير.

وهذا ما تراه ويب، أن هناك أشياء يبدو أنها قد تشكلت بالفعل بهذا الحجم، وبهذه السرعة.

ديف أديليان
لذا، فهذا لا يؤكد MOND، ولكنه يضيف دعمًا لذلك النموذج المحدد.

ستي سي مكغو
نعم، إنه أبريوري، أليس كذلك؟ أعني، كما قلت، تريد أن تجعل توقعاتك قبل الملاحظة. وفي نموذج لامبدا-سي دي إم، كان لدينا توقع واضح، وهو أنه يجب أن يكون لدينا كل هذه القطع الصغيرة من البروتوغالاكسي. في نموذج موند، كان لدينا توقع بأن المجرات ستكبر بسرعة. وهذا ما نراه.

ديف أداليان
هل هناك نظريات أخرى لتشكيل الكون بخلاف هذين النموذجين قد تناسب البيانات؟ أم أن هذين هما الأساسيان في الوقت الحالي؟

ستي سي مكغو
حسناً، نعم ونعم. لذا نعم، هناك الكثير والكثير من الأفكار هناك، ولا أريد أن أرفضها جميعًا. ومن المغري أن أرفض نموذج موند. لقد حاولت بالتأكيد بجد أن أفعل ذلك، في البداية.

لكن هذان هما النموذجان الرئيسيان المتاحان في هذه المرحلة.

إذا وضعت الأمر بهذه الطريقة، هناك تناقض في المقياس على المقاييس الكبيرة جداً في الكون المحلي. يجب أن تبدو الأمور مثل نموذج لامبدا-سي دي إم. إنه يتناسب مع ما يكفي من البيانات بحيث يجب أن يظهر أي إجابة نهائية لديك نفس الشيء بالنسبة لنموذج موندي، وهناك الكثير من الملاحظات مثل هذه، مثل ديناميكيات المجرات الفردية التي يجب أن تبدو مثل نموذج موندي.

وهذان التناقضان هما ما يسبب لي الحيرة حقاً لأن الأمر يعتمد على كيفية وزن الأدلة المختلفة. ها هنا هذان الشيئان غير المتناسبين اللذان رصدناهما. وإذا كنت قد وضعت كل ثقل وزن في، وتهتم فقط، بالهياكل الكبيرة، حسناً، إذن نموذج لامبدا-سي دي إم هو الجواب الصحيح. ولكن إذا كنت تهتم بتفاصيل الديناميات وكيف تعمل المجرات فعلياً وكيف يمكن أن تتشكل في وقت مبكر جداً، فإن نموذج موندي هو نظرية أفضل.

ولم نتمكن بعد من معرفة كيفية دمج هذين الأمرين.

ديف أديليان
حسناً، لدينا نظريتان جيدتان جداً، لكنهما لا تتماشيان في النقطة الصحيحة، مثل نظرية الجاذبية ونظرية الكم.

ستي سي مكغو
نعم، إنهما يكرهان بعضهما البعض، نعم.

ديف أديليان
عذراً. حسناً، أيها الأصدقاء، إذا كنتم قد انضممتم إلينا للتو، نحن نتحدث مع البروفيسور ستي سي مكغو، الذي هو عالم فلك، ونتحدث عن ورقة كتبها حول تشكيل الهيكل في الكون المبكر. وما وجدوه هو أن المجرات أكبر مما هو متوقع، إذا كنا نستند إلى فهمنا لنظرية المادة المظلمة الباردة لامبدا لتطور الكون. يبدو أن عمل الدكتور مكغو يدعم بدلاً من ذلك الديناميات النيوتونية المعدلة، والمعروفة أيضاً باسم MOND.

ما المشكلة في MOND؟ إنها لا تصف كل شيء. لديها بعض نقاط الضعف. أليس كذلك؟

ستي سي مكغو
بالتأكيد. هناك أمران كبيران أود تسليط الضوء عليهما. أحدهما نظري والآخر ملاحظ. ومرة أخرى، هناك ثنائية فيما تهتم به. كمراقب، أنا أكثر قلقًا بشأن الأمر الملاحظ.

ديف أديليان
حسناً.

ستي سي مكغو
لكن بالطبع، هناك الكثير من الناس الذين يريدون معرفة النظرية الصحيحة. لذلك هم قلقون بشأن حقيقة أن MOND كنظرية هي امتداد للديناميكا النيوتونية. لذا بشكل أساسي، نيوتن هو مجموعة فرعية من MOND. لكنها ليست متوافقة مع النسبية العامة لأينشتاين. وهذه قضية كبيرة، أليس كذلك؟ النسبية العامة هي نظرية الجاذبية الأساسية لدينا الآن. لقد تم اختبارها بطرق دقيقة عديدة.

<>

لذا، مرة أخرى، يجب عليك استعادة جميع تلك النجاحات إذا كنت ستبني نظرية أكبر لا تزال تضم كل من النسبية العامة وMOND. كما يمكنك أن تتخيل، فإن هذه ليست مهمة بسيطة. ولذلك، كانت هناك محاولات. أنا لست مقتنعًا بأن أيًا منها صحيح. ربما قريب.

ديف أديليان
حسنًا، لذا، نعم، لن نقول إن نيوتن كان مخطئًا. سنقول إن أينشتاين كان أكثر صحة وطور تلك النظرية. وهل هذا ما نراه هنا؟

ستاسي مكغو
نعم، نعم، بالضبط. بالضبط. وما نود رؤيته يتطور نظريًا هو نظرية أكثر صحة يمكن أن تشمل كلا من هذين الشيئين.

ديف أديليان
شيء أكثر قوة يصف بدقة أكبر ما نجده عندما ننظر إلى اللحظات الأولى من مجرتنا.

ستاسي مكغو
حسنًا، نعم، بالضبط.

ديف أديليان
ستاسي، إلى أين نذهب من هنا مع استكشافك للكون؟

ستاسي مكغو
حسناً… لا أعرف. لذا دعني أجيب على سؤالك الآخر، وأنهي إجابتي عليه، لأن المشكلة الأخرى، المشكلة الكبيرة التي أراها في MOND هي في البيانات الخاصة بتجمعات المجرات.

MOND جيد بشكل استثنائي في تفسير ديناميات المجرات الفردية. إنه يفعل ذلك على مدى نطاق ديناميكي كبير بشكل ملحوظ، بدءًا من المجرات القزمة الصغيرة التي تحتوي على مليون نجم وصولاً إلى أشياء أكبر من مجرة درب التبانة التي تحتوي على مئات ومئات المليارات من النجوم.

<>

وهذا أمر لافت لأنه، كما ذكرت، كانت إحدى اكتشافاتي المبكرة هي أن هذه المجرات ذات السطوع السطحي المنخفض كانت تهيمن عليها المادة المظلمة. وما جذب انتباهي إلى نظرية MOND هو حقيقة أن لا أحد منا، بما في ذلك نفسي، توقع ذلك. ولكن نظرية MOND توقعت ذلك. بشكل أساسي، يعتمد مدى هيمنة المادة المظلمة على ما تبدو عليه كمجرة على مدى انتشار نجومك. كلما كانت النجوم أكثر انتشارًا، زادت هيمنة المادة المظلمة. ولذلك كانت هذه هي النظرية الوحيدة التي أصابت الهدف.

لا تزال نظرية. إنها النظرية الوحيدة التي أعرفها حيث يمكنك استخدامها لتقول، حسنًا، هناك تلك المجرة في السماء، ويمكنني قياس توزيع نجومها وغازها. يمكنني حل معادلة بواسون لما يقوله نيوتن يجب أن يكون، وهذا لا يعمل [في MOND]. ولهذا السبب نحتاج إلى شيء إضافي مثل المادة المظلمة.

<>

لكن الشيء الإضافي الذي يخبرك به MOND هو أنه في الأساس امتداد لنيوتن. لذا يقول، حسنًا، تبدأ بما يخبرك به نيوتن، ولكن ها هي مُعزز. ويسمح لك بتوقع الكمية التي تحصل عليها من التضخيم بناءً على ما تراه.

هذا لا معنى له من حيث المادة المظلمة، لأن خاصة في هذه المجرات ذات السطوع السطحي المنخفض. هناك، كل الكتلة موجودة في المادة المظلمة. النجوم لا تهم، على ما يبدو.

دايف أداليان
لذا إذا لم تكن المادة المظلمة موجودة، فلن تتمكن المجرات من التماسك؟ أليس كذلك؟

ستاسي مكغو
بالضبط. سوف تتطاير فقط. لذا تحتاج إلى شيء إضافي لتماسكها. وهذا ما اعتقدنا أنه المادة المظلمة. ولكن بعد ذلك يجب أن تخبر المادة المظلمة النجوم بما يجب القيام به. وهذا ليس ما نلاحظه.

بدلاً من ذلك، الأمر عكس ذلك. يمكننا استخدام هذه الصيغة الغريبة الموجودة في MOND. وهذا يخبرنا بما سنلاحظه بالنسبة للحركيات [دراسة الأجسام في الحركة دون اعتبار للقوى الخارجية]، وأين يجب أن تكون المادة المظلمة. إنها، كما تعلم، حالة “ذيل يهز الكلب”.

ديف أداليان
صحيح.

ستي سي مكغو
لذا، هذه واحدة من الأسباب التي تجعل MOND يبدو أنه يعمل بشكل أفضل من المادة المظلمة. تقوم بنفس التجربة في تجمعات المجرات، التي كانت الآن أنظمة من مئات، بل آلاف من المجرات الفردية جميعها تتحرك حول بعضها البعض. ويجب أن تنجح بنفس الطريقة. وهي تكاد تفعل، لكنها لا تفعل تماماً. إنها لا تذهب بعيداً بما فيه الكفاية لتفسير ذلك.

ديف أداليان
قريبة جداً، لكنها بعيدة. لا أعرف. أين نذهب الآن؟

ستيزي مكغا
نعم، لذلك من المغري. أين تأخذ ذلك من هنا؟ ومن المغري تجاهل النظرية بسبب هذه الفشل الواحد. لكن إذا فعلنا ذلك، كنا سنرمي المادة المظلمة بعيدًا منذ فترة طويلة أيضًا.

ديف أديليان
صحيح.

ستيزي مكغا
لذا يبدو أن الأمر، كما تعلم، مثل الحكاية القديمة عن الرجل الأعمى والفيل. هناك مشكلة، وهناك جوانب مختلفة للمشكلة، لكنها جميعًا تبدو كأشياء مختلفة حسب الطريقة التي نتعامل بها مع المشكلة.

ولم نكتشف بعد ما هو الكل.

ديف أديليان
لذا فإن Lambda-CMD ليس خاطئًا تمامًا، وMOND ليس صحيحًا تمامًا. وفي مكان ما هناك نظرية يمكننا استخدامها لتوحيد هذه الملاحظات المتباينة في تفسير واحد لكيفية وصول هذا الارتباك العام إلى هذه الحالة.

ستيزي، تفسير رائع. أود أن أقول إنني أفهمه بشكل أفضل …

ستي سي مكغو
وأنا أيضاً.

ديف أديليان
وربما ما نتجه إليه بعد ذلك هو المزيد من البحث، المزيد من الملاحظة، المزيد من الوصف، المزيد من النظريات. ماذا ستفعل؟

ستيشي مكغو
نعم، أنت دائماً تريد أن تعرف المزيد، أليس كذلك؟ وقد جاءت ملاحظات ويب كمفاجأة لنا. وهذا غير مريح. لكنه أيضاً المكان الذي نتعلم فيه أشياء جديدة. ولهذا السبب نقوم بالعلم. لذا نريد أن نستمر في الاستكشاف. نريد أن ننظر بعمق أكثر في الكون، سواء في الزمن، من خلال الانزياح الأحمر المبكر، ولكن أيضاً بشكل أوسع، في الفضاء، إلى المجرات ذات الكتلة المنخفضة، كما تعلم، تلك المجرات ذات السطوع السطحي المنخفض التي أنا مهتم بها. لقد أصبحت مهتمًا بها لأنه في ذلك الوقت كانت بالكاد معروفة، لذا كانت أراضي جديدة، وتعلمنا الكثير من الأشياء الجديدة منها، بما في ذلك أشياء دحضت نظرياتي الخاصة القائمة على المادة المظلمة. لذلك، كما تعلم، يجب علينا دائماً أن نستمر في الاستكشاف ويجب علينا أيضاً أن نكون منفتحين على حقيقة أنه ربما نكون مخطئين.

لقد قمنا بذلك كثيرًا، لذا لا ينبغي أن تكون المفاجأة كبيرة عندما يحدث ذلك مرة أخرى. ولكن من الصعب القبول، خاصة مع النظريات المحددة بشكل جيد، كما تعلم، أو يبدو كذلك.

ديف أداليان
أعتقد أنه يجب أن تتذكر أن الأشخاص الذين في المغامرة، ليس لديهم أي فكرة عن كيف ستنتهي المغامرة. لذا، أنت هناك في مغامرة. أنت هناك تكتشف أشياء جديدة وتفاجئ نفسك، يبدو أن هذا أيضًا.

كان هذا جيدًا حقًا، ستايسي. شكرًا لك.

ستاسي مكغو
إنه من الممتع التحدث عن هذه الأمور، مهما كنت ترغب في الإيمان به.

ديف أداليان
شكرًا مرة أخرى على انضمامك إلينا. تذكروا، أيها الأصدقاء، أرض واحدة، سماء واحدة، أرض السماء. نراكم في المرة القادمة.

الخلاصة: هناك أدلة متزايدة على أن النظريات الفلكية لا تتطابق مع الملاحظات. هل حان الوقت لإعادة التفكير في قصتنا حول كيف نشأ كوننا؟

المصدر: تشكيل الهيكل المتسارع: الظهور المبكر للمجرات الضخمة ومجموعات المجرات

عبر جامعة كيس ويسترن ريسيرف