٣٫١ منحنيات دوران المجرات: ملاءمة من دون مادة مظلمة

الصفحة الرئيسية ／ ٣ الفصل الثالث: الكون العياني

المصطلحات والأسس: يفسّر هذا القسم ما يُرى من «جذب إضافي» في الأطراف القرصية بوصفه محصلة مشتركة لثلاثة عناصر مترابطة. أوّلها جسيمات غير مستقرة معمّمة تولّد أثناء بقائها قيد الوجود انحيازًا جاذبيًا ناعمًا طويل الأمد نسمّيه الجاذبية الموترية الإحصائية. وثانيها أنّ هذه الجسيمات، عند التفكك أو الفناء، تحقن في الوسط حزمًا موجية عريضة ضعيفة التماسك تؤلف خلفية منتشرة نسمّيها الضجيج الموطري المحلي. أمّا العنصر الثالث فهو الوسط الكوني نفسه الذي نعبّر عنه ببحر الطاقة ضمن نظرية خيوط الطاقة. في ما يلي نستخدم التسميات العربية الكاملة فقط.

أولًا الظواهر والمأزق

تحافظ مجرات حلزونية كثيرة على سرعات دوران عالية ومسطّحة بعيدًا خارج القرص اللامع، على الرغم من ندرة المادة المرئية هناك وتوقع هبوط السرعة مع نصف القطر. ويرافق ذلك قاعدتان ضيّقتان على نحو لافت.

• ترتبط الكتلة المرئية بسرعة مميزة في الأطراف برابطة واحدة تقريبًا ذات تشتت صغير جدًا.
• عند كل نصف قطر تكاد القوة المركزية الكلية تطابق قوة الجذب الناشئة عن المادة المرئية مطابقة واحد لواحد مع تشتت ضئيل.

تختلف أشكال المنحنيات بين نواة حادّة وأخرى لبّية، وتتباين أنصاف أقطار السطح المستوي وارتفاعاته، كما تظهر بنى دقيقة في حقول السرعة. تتأثر هذه التفاصيل بالبيئة وسجلّ الأحداث، ومع ذلك تبقى القاعدتان محكمتين، ما يشير إلى آلية مشتركة. أمّا النهج التقليدي فيضيف «أغلفة» غير مرئية لكل هدف على حدة ويحتاج إلى ضبط مخصوص، ويعجز عن تعليل ضيق القاعدتين رغم تنوّع تواريخ التشكّل.

ثانيًا صورة الآلية تضاريس موترية واحدة وثلاثة إسهامات

١. انحدار داخلي أساسي من المادة المرئية
تنحت النجوم والغاز في بحر الطاقة انحدارًا موضعيًا نحو الداخل يزوّد المنظومة بتوجيه مركزي أساسي. يضعف هذا الإسهام بسرعة مع نصف القطر، لذا لا يَكفي وحده لحمل السطح المستوي في الأطراف.
مؤشر رصدي: كلّما اشتدّ تركز نسبة اللمعان إلى الكتلة وكثافة الغاز السطحية اشتدّ صعود المنحنى في المركز.

٢. انحدار مضاف ناعم من الجاذبية الموترية الإحصائية
تترك الجسيمات غير المستقرة المعمّمة شدودًا صغيرة في الحقل الموطري تتراكب عبر الزمان والمكان فتكوّن انحيازًا ناعمًا مستمرًا يخفّ ببطء مع نصف القطر ويبقى فعّالًا حتى الحواف فيدعم السطح المستوي. يقوى هذا الانحياز مع معدلات تشكّل النجوم والاندماجات والاضطرابات وتبادل الغاز وقصّ الأذرع الحلزونية والأشرطة. عندما تزداد الإمدادات والتحريك ترتفع الفاعلية، فيقوى الانحدار المضاف وتُقفل قيمة السرعة المميزة في الأطراف عند معيار ثابت.
مؤشر رصدي: ترتبط كثافة تشكّل النجوم السطحية وقوة الشريط وتدفّقات الغاز وآثار الاندماج بارتفاع السطح المستوي وطوله.

٣. ملمس ضعيف السعة من الضجيج الموطري المحلي
حين تتفكك الجسيمات أو تفنى تُدخِل إلى الوسط موجات عريضة غير متماسكة تكوّن خلفية منتشرة تضيف تموجات صغيرة وتوسّع خطوط السرعة من غير أن تغيّر المستوى المتوسط للسطح المستوي.
مؤشر رصدي: هالات وآثار راديوية وبنى منتشرة منخفضة التباين و«حبيبية» في حقول السرعة، وتشتدّ على محاور الاندماج ومناطق القصّ القوي.

تقسيم شعاعي حدسي

• المنطقة الداخلية عند نحو ٢–٣ أضعاف نصف القطر القرصي: تسود فيها المادة المرئية ويجري ضبط دقيق عبر الجاذبية الموترية الإحصائية، وهنا يُحسم كون المركز حادًا أم لبّيًا.
• منطقة الانتقال: يتقارب الإسهامان، فتميل المنحنيات من الحاد إلى المسطّح ويتحوّل نصف قطر التحوّل تبعًا للنشاط والسجلّ.
• الأطراف المسطّحة: تتزايد مساهمة الجاذبية الموترية الإحصائية فتظهر أسطح مستوية عالية وطويلة بملمس خفيف.

خلاصة هذا القسم: السطح المستوي ينشأ من توجيه المادة المرئية مضافًا إليه انحدار الجاذبية الموترية الإحصائية، أمّا التموجات الدقيقة في الأطراف فمن الضجيج الموطري المحلي.

ثالثًا أصل القاعدتين الضيّقتين

١. كتلة مقابل سرعة تكاد تكون علاقة واحدة
تزود المادة المرئية الوسط بالطاقة والمادة وتحرّكه، وبذلك تحدد مستوى نشاط الجسيمات غير المستقرة المعمّمة، وهذا المستوى يحدّد معيار السرعة في السطح المستوي. لذا تتغير الكتلة المرئية والسرعة المميزة معًا من مصدر واحد، ويغدو التشتت صغيرًا.

٢. قوة كلية مقابل قوة مرئية واحد لواحد على طول نصف القطر
القوة المركزية الكلية هي مجموع التوجيه المرئي والانحدار المضاف الناعم للجاذبية الموترية الإحصائية. يسود التوجيه المرئي في الداخل بينما تتزايد هيمنة الانحدار الناعم في الخارج، فينشأ تطابق سلس نقطةً بنقطة بين القوة المرئية والقوة الكلية.
فحص مباشر بديهي: عند نصف قطر ثابت نطابق الفروق الديناميكية مع قصّ الغاز والغبار ومع شدة الخلفية الراديوية المنتشرة، ويُنتظر أن تتوافق الاتجاهات.

فكرة محورية: القاعدتان ليستا سوى إسقاطين مختلفين لتضاريس موترية واحدة، أحدهما كتلة في مقابل سرعة والآخر نصف القطر في مقابل قوة الجذب.

رابعًا لماذا يتجاور مركز حادّ ومركز لبّي

تؤدي الأنشطة طويلة الأمد كالاندماجات والانفجارات النجمية والقصّ القوي إلى تليين التضاريس الموترية محليًا وخفض الانحدار الداخلي فتتكوّن الأنوية اللبّية. أمّا الآبار الجذبية العميقة مع إمداد مستقر واضطراب معتدل فتشدّ التضاريس من جديد وتحافظ على الحِدّة أو تعيدها. النتيجة أنّ الشكلين طرفان لحالة شبكة موترية واحدة تحت بيئات وتواريخ مختلفة.

خامسًا وضع مشاهدات متعددة على خريطة موترية واحدة منهج تطبيقي

ما الذي نخرّطه معًا

• ارتفاع السطح المستوي في منحنيات الدوران وطوله الشعاعي
• اتجاه استطالة محيطيات التقارب كابا في العدسات الضعيفة والقوية ومقدار انزياح المركز
• شرائط القصّ وأجنحة لا غاوسية في حقول سرعات الغاز
• شدة الخلفيات الراديوية المنتشرة واتجاهاتها بما فيها الهالات والآثار
• اتجاه خطوط الاستقطاب والمجال المغناطيسي بوصفها دلائل على القصّ الطويل الأمد

معايير الخريطة المشتركة

• اتساق مكاني: تتشارك الكيانات السابقة الموضع والاتجاه على محاور الاندماج ومحور الشريط وتماسات الأذرع الحلزونية.
• اتساق زمني: في مراحل النشاط ترتفع الخلفية المنتشرة أولًا بفعل الضجيج الموطري المحلي، ثم على مدى عشرات إلى مئات ملايين السنين يزداد ارتفاع السطح المستوي وطوله مع تقوية الجاذبية الموترية الإحصائية. في السكون ينعكس الترتيب.
• اتساق عابر للنطاقات: بعد تصحيح تشتت الوسط تتطابق اتجاهات السطح المستوي والفروق عبر النطاقات لأن التضاريس الموترية هي من يحدّدها.

سادسًا تنبؤات قابلة للاختبار تحويلها إلى رصد وملاءمة

١. الضجيج يسبق الارتفاع زمنيًا
بعد اندماج أو انفجار نجمي ترتفع الخلفية الراديوية المنتشرة أولًا بسبب الضجيج الموطري المحلي، ثم خلال عشرات إلى مئات ملايين السنين يعلو السطح المستوي ويتسع مع ازدياد الجاذبية الموترية الإحصائية.
إستراتيجية: ملاءمة مشتركة متعددة الأزمنة والحلقات لقياس التأخر بين ارتفاع الخلفية وتعاظم السطح المستوي.

٢. اعتماد مكاني على البيئة
على محاور القصّ الشديد أو الاندماج تمتدّ الأسطح المستوية وتعلو ويقوى ملمس الحبيبات في حقول السرعة.
إستراتيجية: استخراج منحنيات قطاعية ومسارات الخلفية على امتداد محور الشريط ومحاور الاندماج ثم المقارنة.

٣. تقاطع أدلّة عبر الخريطة المشتركة
تصطفّ المحاور الكبرى لمحيطيات كابا مع قمم القصّ في السرعات ومع خطوط الراديو والاتجاهات السائدة للاستقطاب.
إستراتيجية: تسجيل الخرائط الأربع على جهاز إحداثي واحد واحتساب تشابه جيبي للمتجهات.

٤. شكل طيف الأطراف
يبدي طيف قدرة فروق السرعة في الأطراف انحدارًا لينًا عند الترددات المتوسطة والمنخفضة، وهو سِمة للضجيج الموطري المحلي العريض ضعيف التماسك.
إستراتيجية: مقارنة القمة والميل مع طيف الخلفية الراديوية المنتشرة.

٥. سير عمل الملاءمة اقتصاد المعاملات

• نضع افتراضًا مسبقًا لانحدار داخلي أساسي مصدره المادة المرئية بالاستناد إلى الضياء والغاز.
• نضع افتراضات مسبقة لسعة الجاذبية الموترية الإحصائية ومقياسها بالاعتماد على معدلات تشكّل النجوم ومؤشرات الاندماج وقوة الشريط والقصّ.
• نضع افتراضًا مسبقًا للاتساع الناجم عن الضجيج الموطري المحلي انطلاقًا من شدة الخلفية الراديوية وبنيتها.
• نلائم المنحنى كاملًا بمجموعة قليلة مشتركة من المعاملات ثم نتحقق بالمضاهاة مع العدسات وحقول السرعة.
  الهدف: مجموعة معاملات واحدة تخدم أنماط بيانات متعددة بدل ضبط «أغلفة» لكل هدف على حدة.

سابعًا تشبيه بديهي

قافلة تسير في حزام ريح خلفية. المحركات تمثّل توجيه المادة المرئية، والريح الخلفية تمثل الجاذبية الموترية الإحصائية التي تضعف ببطء مع المسافة لكنها تحفظ السرعة، وتموّجات الطريق الصغيرة تمثل الضجيج الموطري المحلي الذي يضيف حبيبات خفيفة إلى منحنى السرعة. الإدارة تشمل الوقود والتزويد، وحالة الطريق من قصّ ونشاط، واستدامة الريح الخلفية بما يعادل سعة الانحدار المضاف.

ثامنًا الصلة بالتفسيرات التقليدية

نقترح مسارًا تفسيريًا مختلفًا لا يردّ الجذب الإضافي إلى مادة غير مرئية، بل يعيده إلى استجابة إحصائية للوسط تجمع انحدارًا موضعيًا ناعمًا طويل الأمد من الجاذبية الموترية الإحصائية مع ملمس منخفض السعة من الضجيج الموطري المحلي. يقلّ عدد درجات الحرية لأن الحصيلة تحددها ثلاثة مصادر متشاركة الأصل هي الإمداد المرئي والتحريك الطويل الأمد والانحياز الموطري الناتج، فتقلّ الحاجة إلى ضبط مخصوص لكل مجرّة. كما أنّ منحنيات الدوران والعدسات وحركيات الغاز والاستقطاب ليست سوى إسقاطات مختلفة لخريطة موترية واحدة. وحتى لو اكتُشفت لاحقًا مكوّنات جديدة فيمكن إدراجها كمصادر مجهريّة من دون نقض الصورة العامة.

تاسعًا الخلاصة

تفسّر تضاريس موترية واحدة في آن واحد السطح المستوي الخارجي وقاعدتي الارتباط الضيّقتين وتعايش المراكز الحادّة واللبّية والفروق الدقيقة في الملمس.

• المادة المرئية تشكّل الانحدار الداخلي الأساسي.
• الجاذبية الموترية الإحصائية تضيف انحدارًا ناعمًا مستمرًا يضمحلّ ببطء، فيحمل سرعات الأطراف ويثبت معيارها عند الكتلة المرئية.
• الضجيج الموطري المحلي يضيف حبيبات منخفضة السعة من غير أن يغيّر السطح الكلي.

خلاصةً تنتقل المسألة من مقدار ما يجب إضافته من مادة غير مرئية إلى كيفية إعادة تشكيل التضاريس الموترية نفسها على نحو متواصل. وفي هذا الإطار الموحّد القائم على الوسط تصبح الأسطح المستوية والارتباطات الضيّقة وأشكال المراكز والاعتماد على البيئة وجوهًا متعدّدة لعملية فيزيائية واحدة وليست ألغازًا منفصلة.