توزيع الكتلة في وحول المجموعة المحلية

الشكل الخفي لجوارنا الكوني

عندما ننظر إلى السماء ليلاً، من السهل أن نتخيل أن المجرات حولنا متناثرة في الفضاء بشكل عشوائي. ومع ذلك، فإن جارتنا الكونية نفسها، المنطقة التي تسيطر عليها درب التبانة ومجرة أندروميدا، تخفي بنية مفاجئة حيّرت الفلكيين لعقود. يستكشف هذا البحث كيف تُوزَّع المادة غير المرئية حول المجموعة المحلية ويُظهر أن ركننا من الكون ليس كروياً تقريباً كما افترض سابقاً، بل ممتد على شكل «سقف» كوني واسع ورقيق تحيط به مناطق فارغة هائلة.

لماذا بدت حركات المجرات هادئة بشكل غامض

لا يستطيع الفلكيون وزن المجموعة المحلية مباشرة، لأن معظم كتلتها مادة مظلمة لا تُصدر ضوءاً. لأكثر من نصف قرن، كانت إحدى الطرق الرئيسية تُعامل درب التبانة وأندروميدا كجسمين بدأَا معاً عند الانفجار العظيم ومنذ ذلك الحين جُذِبا نحو بعضهما بالجاذبية. تشير هذه المقاربة الزمنية إلى أنهما معاً تحتويان على تريليونات من أضعاف كتلة الشمس، أكثر مما يُرى في النجوم والغاز. تقنية مختلفة تماماً تنظر إلى كيفية تحرك المجرات القريبة عنا مبتعدة مع توسع الكون. عادةً، يفترض أن الكتلة الزائدة ستزعزع هذا التدفق الخارجي بشكل ملحوظ. بدلاً من ذلك، تُظهر الملاحظات توسعاً محلياً مدهشاً وسلساً و"هادئاً"، مع انحرافات طفيفة فقط عن توسع هابل العام، وهو ما يبدو متعارضاً مع تقديرات الكتلة المرتفعة.

بناء أكوان رقمية تطابق عالمنا

لحل هذا التوتر، أنشأ المؤلفون محاكيات حاسوبية تفصيلية لكونيات ممكنة تطيع النموذج الكوني القياسي، حيث تشكّل المادة المظلمة الباردة والطاقة المظلمة البنية الكونية. باستخدام إطار إحصائي متقدّم يُسمى BORG، ولّدوا مجموعات متعددة من شروط البداية التي، عند تطورها إلى الأمام زمنياً، تنتج مجموعة محلية تشبه الحقيقية. تنتج درب التبانة وأندروميدا المُحاكاة بالكتلات والمواقع والحركة النسبية الصحيحة، وتطابق حركات 31 مجرة قريبة مختارة بعناية سرعات ابتعادها المقاسة. تشكل هذه المحاكيات المقيدة، المُحسّنة بجولات متابعة عالية الدقة، مجموعة مكونة من 169 «توأم رقمي» لحيّنا الكوني.

أرضية واسعة من المادة المظلمة وفقاعات فارغة عملاقة

عند فحص الباحثين للتوزيع الجمعي للمادة في هذه المحاكيات، برزت صورة واضحة: الكتلة قرب المجموعة المحلية ليست مرتبة ككرة تقريباً، بل كصفحة مسطّحة تمتد على الأقل لمسافة عشرة ملايين سنة ضوئية. داخل هذا المستوى، تكون كثافة المادة نحو ضعفي المتوسط الكوني، وفي الواقع تزداد عند التحرك عدة ملايين سنة ضوئية بعيداً عن المجموعة المحلية. فوق وتحت هذه الصفحة تكمن مناطق منخفضة الكثافة—فراغات كونية—حيث تكون المادة نحو ربع إلى ثلث الكثافة المتوسطة. هذه البنية تعكس حالياً ميزات معروفة يتتبعها الضوء المرئي للمجرات، مثل ما يُسمى بالصفحة المحلية والفراغات القريبة، مما يُظهر أن توهّج المجرات يتتبع إلى حد كبير مكان وجود المادة المظلمة المخفية على هذه المقاييس.

كيف يهدئ توزيع الكتلة المسطّح التدفق الكوني

يَتبيّن أن هندسة الصفائح هذه هي مفتاح لغز التوسع المحلي الهادئ. في توزيع كتلي كروي، تعتمد القوة المؤثرة على مجرة عند مسافة معينة بشكل أساسي على مقدار الكتلة الموجودة داخل مدارها. إضافة المزيد من المادة في أي مكان قريب سيزيد فقط السحب إلى الداخل ويعطّل تدفّق هابل أكثر. في صفح مسطّح، مع ذلك، تمارس المادة الموجودة أبعد في المستوى قوى جانبية تُلغي جزئياً السحب الداخلي على المجرات الأقرب إلى المركز. تُظهر المحاكيات أن المجرات الواقعة فوق وتحت الصفحة تسقط بقوة نحوها، بينما تلك داخل الصفحة تنجرف بلطف نحو المجموعة المحلية ضمن نحو 2.5 ميغابارسك وتُدفع فعلياً إلى الخارج عند مسافات أكبر. عموماً، تبقى الحركات العشوائية صغيرة جداً، حتى أصغر مما توحي به الملاحظات، ومع ذلك تظل الكتلة الإجمالية لدرب التبانة وأندروميدا مرتفعة ومتسقة مع تقديرات الطريقة الزمنية.

ماذا يعني هذا لموقعنا في الكون

يُظهر هذا العمل أنه لا حاجة للتخلي عن الصورة القياسية لكون مملوء بالمادة المظلمة الباردة والطاقة المظلمة لشرح هدوء تدفق هابل حولنا. يختفي التناقض الظاهر بين هالات المجرات الثقيلة والتوسع المحلي الهادئ بمجرد أن ندرك أن الكتلة حول المجموعة المحلية مُشكّلة كصفيحة رقيقة ممتدة محاطة بفراغات كبيرة، بدلاً من كرة. يتنبأ المؤلفون بأن الحركات يجب أن تكون ذات اتجاهية قوية، مع تساقط سريع بشكل خاص من المناطق منخفضة الكثافة فوق وتحت الصفحة—تأثير لم تُختبر إلا نادراً لأن القليل من المجرات المعروفة تتتبّع هذه المناطق ذات خطوط العرض العالية القريبة. سيسهم اكتشاف المزيد من المجرات الصغيرة المعزولة في تلك الاتجاهات في اختبار حاسم لهذه البنية المكتشفة حديثاً لمنزلنا الكوني.

الاستشهاد: Wempe, E., White, S.D.M., Helmi, A. et al. The mass distribution in and around the Local Group. Nat Astron 10, 548–553 (2026). https://doi.org/10.1038/s41550-025-02770-w

الكلمات المفتاحية: المجموعة المحلية, المادة المظلمة, الشبكة الكونية, تدفق هابل, ديناميكا المجرات