الطبيعة الكسرية لتجمعات المجرات في فهرس الأشعة الحمراء المحدّث لمجموعة CfA

لماذا السماء ليلية مظلمة لكنها ليست خالية

انظر إلى الأعلى في ليلة صافية سترى نجومًا متناثرة، وشريطًا ضبابيًا لطريق التبانة، وربما بقعة باهتة لمجرة أخرى. ومع ذلك يعرف علماء الفلك الآن أنه قد توجد تريليونات المجرات في الكون. لو كان المادة موزعة بشكل متساوٍ تمامًا لكانت السماء متوهجة ضوئيًا في كل الاتجاهات. بدلًا من ذلك، الفضاء مظلم إلى حد كبير، والمجرات تتجمع في كتل وخيوط مفصولة بمناطق فارغة شاسعة. يطرح هذا المقال سؤالًا يبدو بسيطًا لكنه خادع: هل تتبع المجرات أنماطًا «كسرية» مخفية — مثل نسخ كونية للأشجار المتفرعة أو السواحل — يمكن أن تفسر كيفية ترتيب المادة على أكبر المقاييس؟

من كون أملس إلى شبكة كونية

تتعامل الكوزمولوجيا الحديثة غالبًا مع الكون على أنه أملس عند التكبير بما فيه الكفاية، وهي فكرة تدعم النموذج القياسي لتطور الكون المعروف باسم ΛCDM. لكن خرائط المجرات التفصيلية تكشف عن شيء أكثر تعقيدًا: سلاسل طويلة، وجدران شبيهة بالألواح، وفراغات هائلة، كلها تشكل معًا شبكة ثلاثية الأبعاد عملاقة. يعيد المؤلفون فحص اقتراح يعود إلى عالم الرياضيات بنيوا مانديلبروت، مفاده أن هذه الشبكة قد تُوصف باستعمال الكسرية — بنى تتكرر فيها أنماط مشابهة عبر مقاييس عديدة. بدلًا من افتراض أن المجرات في نهاية المطاف تتلاشى إلى ضباب متجانس، يختبرون ما إذا كانت البيانات الحقيقية تتصرف أكثر كهرمية كسرية، حيث تتقاطع الكتل والعناقيد والخيوط وتعكس بعضها البعض من مسافات صغيرة إلى مسافات شاسعة.

تنقيب في مليون مجرة عن أنماط مخفية

لمعالجة هذه الفكرة يتجه الباحثون إلى أحد أكثر الموارد شمولًا المتاحة: فهرس الأشعة الحمراء المحدّث لمجموعة CfA (UZCAT). يجمع هذا التجميع السرعات الشعاعية — مدى سرعة ابتعاد المجرات عنا نتيجة التمدد الكوني — لما يقرب من ثلاثة أرباع مليون مجرة مأخوذة من مسوحات رئيسية متعددة. من كل ازاحة حمراء مقاسة يقدّر الفريق مسافة المجرة باستخدام صيغة محدثة لقانون هابل. ينقّحون العينة عبر إزالة الأجسام المصنفة خطأً والقياسات المشكلة والمتطرفة الشاذة، ثم يصنفون المجرات إلى سبع "شرائط" مسافة أو سرعة، من الأنظمة القريبة إلى تلك التي تبتعد بسرعة تزيد على نصف سرعة الضوء. تشير الفحوص الإحصائية إلى أن الفجوات المتبقية في البيانات تحدث بصورة عشوائية تقريبًا، لذا فمن غير المرجح أن تشوّه الأنماط واسعة النطاق التي يصطادها الفريق.

قراءة الشبكة الكونية من خلال عدسات كسرية

بدلًا من الاكتفاء بعدّ المجرات في صناديق، يطبق المؤلفون أدوات من دراسة الاضطراب والفوضى، حيث السلوك غير المنتظم والمتفجر هو القاعدة. يقسمون الفضاء إلى قشور عند مسافات متزايدة من الشمس ويحسبون كيف يتغيّر متوسط عدد المجرات مع المقياس. من هذه العدّات يبنون "طيفًا متعدد الكسرية"، وهو بصمة رياضية تخبر مدى مساهمة المناطق الكثيفة والفراغات الخالية عند مقاييس مختلفة. في كون أملس تمامًا سينهار هذا الطيف إلى قيمة واحدة؛ في كون كسري سيمتد. يقارن الفريق الطيف المرصود ببناء نظري بسيط يسمى مجموعة كانتور الموزونة — كسرية كلاسيكية تُبنى بقطع الأجزاء الوسطى من خط وإعادة توزيع "الوزن" بشكل غير متساوٍ بين الأجزاء المتبقية. استُخدم هذا النموذج سابقًا لوصف بلازما متقلبة في رياح الشمس وتجارب مخبرية.

ماذا تقول الأرقام عن البنية الكونية

تُظهر التحليلات أن توزيع المجرات ليس موحدًا تمامًا، لكنه أيضًا ليس كسرًا جامحًا. يتطابق الطيف متعدد الكسرية المستخرج من UZCAT مع نماذج مجموعة كانتور الموزونة بشكل جيد، لا سيما لأجزاء الشبكة الكونية الأكثر كثافة. رقم واحد محوري، يقيس اتساع الطيف، يثبت أنه متواضع — حوالي 0.1 إلى 0.15 — أصغر بكثير من القيم التي تُرى في رياح الشمس المضطربة، لكنه أكبر من القيم في الوسط بين النجمي المحلي الهادئ نسبيًا خارج تأثير الشمس. هذا يشير إلى أن المجرات تتبع قاعدة مقياسية بسيطة إلى حد كبير مع انحرافات لطيفة ولكن حقيقية عن التجانس. يتباين امتداد الطيف وانحيازه الطفيف بعض الشيء بين عينات المجرات الأقرب والأبعد، مما يوحي بأن الفراغات الكبيرة والانحرافات الدقيقة عن توسع هابل المثالي قد تترك أثرًا قابلاً للقياس على كيفية تجمع المجرات.

نكهة كسرية في كون معياري

بعبارات يومية، يجادل البحث أن الكون متسق إلى حد كبير مع الصورة الكوزمولوجية القياسية مع أنه لا يزال يظهر "نكهة كسرية" في كيفية ترتيب المجرات. تبدو الشبكة الكونية وكأنها تتبع قوانين قياسية مشابهة لتلك المرصودة في السوائل المضطربة، ويمكن التقاط هذه الأنماط بوصفات كسرية بسيطة بشكل لافت. ومع ذلك، الانحرافات الإجمالية عن النعومة صغيرة بما يكفي لتندرج بسهولة ضمن نماذج ΛCDM الحالية لتكوّن البنى. لا يزال يتعذّر علينا رسم خريطة لأكثر من جزء ضئيل من كل المجرات، ولا نستطيع حل الشبكة ثلاثية الأبعاد بالكامل، لذلك يظل الحكم النهائي بشأن ما إذا كان الكون فعلاً كسرًا حقيقيًا مفتوحًا. حتى الآن، تُظهر هذه الدراسة أن الفجوات المظلمة والحبال المتوهجة في السماء الليلية ليست عشوائية: إنها تحمل توقيعًا دقيقًا للنظام الكسرِي مكتوبًا عبر أكبر البنى التي نستطيع رصدها.

الاستشهاد: Macek, W.M., Wójcik, D. Fractal nature of galaxy clustering in the updated CfA redshift catalog. Sci Rep 16, 6181 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36013-3

الكلمات المفتاحية: تجمع المجرات, الشبكة الكونية, كون كسري, البنية الكبيرة المقياس, تحليل متعدد الكسرية