كرات دايسون: البحث عن الحياة خارج الأرض

مفهوم كرات دايسون وأهميتها في البحث عن الحياة الفضائية

ما هو الحل النهائي لمشاكل الطاقة في حضارة متقدمة؟ افترض الفيزيائي الأمريكي البريطاني الشهير فريمان دايسون أنه سيكون عبارة عن غلاف مكون من مرايا أو ألواح شمسية تحيط بالنجم بالكامل - لتسخير كل الطاقة التي ينتجها.

كتب دايسون في ورقة بحثية عام 1960 التي شرح فيها هذا المفهوم لأول مرة: "ينبغي للمرء أن يتوقع أنه في غضون بضعة آلاف من السنين من دخوله مرحلة التطور الصناعي، ينبغي أن نجد أي نوع ذكي يشغل غلافًا حيويًا اصطناعيًا يحيط بالكامل بنجمه الأم".

إذا بدا الأمر وكأنه خيال علمي، فهذا لأنه كذلك: فقد أخذ دايسون الفكرة من رواية أولاف ستابليدون "صانع النجوم" الصادرة عام 1937، وكان دايسون صريحاً في ذلك. كان العالم الراحل أستاذًا فخريًا في معهد الدراسات المتقدمة في برينستون بولاية نيوجيرسي.

ومع ذلك، فإن صدور الفكرة من مفكر يقول البعض في المجتمع العلمي إنه ربما كان يستحق جائزة نوبل في بداية حياته المهنية، فقد ترسخت الفكرة وأصبحت البنى العملاقة الافتراضية تعرف باسم كرات دايسون، على الرغم من أن الفيزيائي أوضح لاحقاً أنها ستتكون في الواقع من "مجموعة أو سرب من الأجسام التي تتحرك في مدارات مستقلة حول النجم."

كما أشار دايسون في ورقته البحثية إلى أن كرات دايسون ستطلق حرارة مهدرة يمكن اكتشافها في صورة أشعة تحت الحمراء، واقترح أن البحث عن هذا المنتج الثانوي سيكون طريقة مجدية للبحث عن حياة خارج كوكب الأرض. ومع ذلك، أضاف أن الأشعة تحت الحمراء في حد ذاتها لن تعني بالضرورة وجود ذكاء خارج كوكب الأرض، وأن أحد أقوى أسباب البحث عن مثل هذه المصادر هو إمكانية اكتشاف أنواع جديدة من الأجسام الفلكية الطبيعية.

قال جورج دايسون، وهو كاتب ومؤلف في مجال التكنولوجيا وثاني أبناء دايسون الستة، عبر البريد الإلكتروني: "كان العلماء (في ذلك الوقت) متقبلين إلى حد كبير، ليس لاحتمالية اكتشاف حضارات فضائية في الوجود ولكن لأن البحث عن الحرارة المهدرة سيكون مكانًا جيدًا للبحث". "لقد أخذ الخيال العلمي، من "فوتفول" إلى "ستار تريك"، الفكرة وتبنّى النقاد الاجتماعيون فكرة دايسون كوسيلة للتشكيك في حكمة النمو التكنولوجي غير المحدود."

وقد جادل دايسون الأكبر نفسه قائلاً: "سيكون من المجدي أكثر بكثير البحث مباشرة عن الذكاء، لكن التكنولوجيا هي الشيء الوحيد الذي لدينا فرصة لرؤيته."

البحث عن كرات دايسون： الدراسات الحديثة والنتائج

في ستينيات القرن الماضي، لم يكن هناك طريقة للبحث الفعلي عن كرات دايسون في الواقع، ولكن في الآونة الأخيرة بحث العديد من الباحثين عنها، بما في ذلك باحثون في معهد سيتي (SETI)، وهي منظمة غير ربحية مهمتها البحث عن الذكاء خارج الأرض، ومختبر فيرمي الوطني للتسريع، المعروف باسم فيرميلاب. والآن، تشير دراسة جديدة بحثت في 5 ملايين نجم في مجرة درب التبانة إلى أن سبعة كواكب مرشحة من المحتمل أن تكون تستضيف كرات دايسون - وهو اكتشاف يجذب التدقيق والنظريات البديلة.

وقد شرع مؤلفو الدراسة، التي نُشرت في 6 مايو في مجلة "الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية"، في البحث عن كرات دايسون تحديداً، على شكل حرارة الأشعة تحت الحمراء بالقرب من النجوم التي لا يمكن تفسيرها بأي طريقة أخرى.

وباستخدام بيانات تاريخية من التلسكوبات التي تلتقط إشارات الأشعة تحت الحمراء، نظر فريق البحث في النجوم الواقعة على بعد أقل من 1000 سنة ضوئية من الأرض: "بدأنا بعينة من 5 ملايين نجم، وقمنا بتطبيق مرشحات لمحاولة التخلص من أكبر قدر ممكن من تلوث البيانات"، كما قال المؤلف الرئيسي للدراسة ماتياس سوازو، وهو طالب دكتوراه في قسم الفيزياء وعلم الفلك بجامعة أوبسالا في السويد.

"حتى الآن، لدينا حتى الآن سبعة مصادر نعلم أنها تتوهج في الأشعة تحت الحمراء ولكننا لا نعرف سبب توهجها؛ لذا فهي بارزة."

وحذر سوازو من أنه لا يوجد دليل قاطع على أن النجوم السبعة لديها كرات دايسون حولها.

وقال: "من الصعب علينا إيجاد تفسير لهذه المصادر، لأننا لا نملك بيانات كافية لإثبات السبب الحقيقي لتوهج الأشعة تحت الحمراء". "يمكن أن تكون كرات دايسون، لأنها تتصرف كما تتنبأ نماذجنا، ولكن يمكن أن تكون شيئاً آخر أيضاً."

من بين الأسباب الطبيعية التي يمكن أن تفسر التوهج بالأشعة تحت الحمراء هي المحاذاة غير المحظوظة في الرصد، مع وجود مجرة في الخلفية متداخلة مع النجم، أو تصادمات الكواكب التي تخلق الحطام، أو حقيقة أن النجوم قد تكون صغيرة وبالتالي لا تزال محاطة بأقراص من الحطام الساخن الذي ستتشكل منه الكواكب لاحقاً.

تأتي البيانات التي استخدمها الباحثون من تلسكوبين فضائيين نشطين - مستكشف المسح بالأشعة تحت الحمراء واسعة المجال أو WISE، من وكالة ناسا، وجايا من وكالة الفضاء الأوروبية - بالإضافة إلى مسح فلكي للسماء بالأشعة تحت الحمراء يسمى مسح السماء بالأشعة تحت الحمراء. ويُعرف أيضاً باسم 2MASS، وقد تم هذا التعاون بين جامعة ماساتشوستس ومختبر الدفع النفاث التابع لوكالة الفضاء الأمريكية بين عامي 1997 و 2001.

النجوم المرشحة كلها أقزام حمراء، وهي أكثر أنواع النجوم شيوعاً في مجرتنا. وهي أيضاً أكثر خفوتاً وأصغر من شمسنا، مما يجعل متابعة عمليات الرصد أكثر صعوبة. ليس من الواضح في هذه المرحلة ما إذا كانت النجوم لديها كواكب حولها، حيث لم يتم رصدها بعد بواسطة أي من التلسكوبات التي يمكن أن ترصد الكواكب التي تدور حولها. ومع ذلك، فإن العديد من آلاف الكواكب الخارجية التي حددها العلماء حتى الآن تدور حول الأقزام الحمراء، مما يجعل وجودها مرجحاً؛ فالكواكب التي تدور حول الأقزام الحمراء لديها فرصة أكبر في أن تكون صالحة للسكن، وفقاً لوكالة ناسا.

النجوم المرشحة： الخصائص والتحديات

وكانت دراسة سابقة، نُشرت في مارس/آذار الماضي واستخدمت بيانات من نفس مصادر التقرير الجديد، قد وجدت أيضاً حالات شاذة بالأشعة تحت الحمراء بين مجموعة بيانات عينة من 5 ملايين نجم في مجرتنا.

وقالت غابرييلا كونتاردو، وهي زميلة أبحاث ما بعد الدكتوراه في المدرسة الدولية للدراسات المتقدمة في تريستا بإيطاليا، والتي قادت الدراسة السابقة: "حصلنا على 53 مرشحاً لحالات شاذة لا يمكن تفسيرها بشكل جيد، ولكن لا يمكننا القول إن جميعها مرشحة لأن تكون كرة دايسون، لأن هذا ليس ما نبحث عنه تحديداً". وأضافت أنها تخطط للتحقق من المرشحين بالمقارنة مع نموذج سوازو لمعرفة عدد ما يرتبط به.

"وأضافت: "عليك أن تستبعد جميع الفرضيات والتفسيرات الأخرى قبل أن تقول إنها يمكن أن تكون كرة دايسون. "للقيام بذلك، تحتاج أيضاً إلى استبعاد أنها ليست نوعاً من أقراص الحطام، أو نوعاً من تصادم الكواكب، وهذا أيضاً يدفع العلم إلى الأمام في مجالات أخرى من علم الفلك - لذا فهو أمر مربح للجانبين."

ويتفق كل من كونتاردو وسوازو على أن هناك حاجة إلى مزيد من البحث في البيانات، وأنه في نهاية المطاف يمكن أن يتجهوا إلى تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا للحصول على مزيد من المعلومات، لأنه قوي بما يكفي لرصد النجوم المرشحة مباشرة. ومع ذلك، وبسبب الإجراءات الطويلة والتنافسية التي تنظم استخدام التلسكوب، قد يستغرق تأمين الوصول إليه بعض الوقت.

إذا كانت كرات دايسون موجودة بالفعل، فيمَ يمكن استخدامها؟ "قال سوازو: "إذا تخيلنا أننا نمتلك طاقة بمقدار الطاقة التي توفرها الشمس كل ثانية، فيمكننا القيام بأشياء لم يسمع بها أحد. "يمكننا أن نقوم بالسفر بين النجوم، وربما يمكننا حتى نقل النظام الشمسي بأكمله إلى موقعنا المفضل، إذا أردنا."

ولكن لا تحبسوا أنفاسكم، لأن التكنولوجيا والمواد الخام اللازمة لبناء الهياكل الافتراضية بعيدة كل البعد عن متناول البشرية.

وأضاف سوازو: "إنها كبيرة جداً لدرجة أن كل ما نملكه على الأرض لن يكون كافياً لبنائها". "قال فريمان دايسون إنه يجب علينا تفكيك كوكب المشتري - الكوكب بأكمله (للحصول على المواد الخام)."

ربما يعني هذا الحجم الهائل جداً أن كرات دايسون - إذا كانت موجودة أصلاً - نادرة جداً.

وقال المؤلف المشارك في الدراسة، جيسون رايت، أستاذ علم الفلك والفيزياء الفلكية في جامعة ولاية بنسلفانيا، عبر البريد الإلكتروني: "تكمن أهمية هذا العمل في أنه يقدم أول دليل قوي على عدم وجود الكثير من كرات دايسون في مجرتنا، على عكس توقعات البعض بأنها قد تكون نهاية حتمية لتوسع الأنواع التكنولوجية في أنظمتها الشمسية".

"إن الأجسام المرشحة التي وجدها ماتياس (سوازو) مهمة لأنها مهما كانت -وهي على الأرجح نجوم محاطة بمواد من نوع ما من حدث نادر، مثل تصادم الكواكب، على الرغم من أنها قد تكون كرات دايسون- فهي أجسام نادرة ومثيرة للاهتمام تستحق المزيد من الدراسة، على سبيل المثال بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي."

إرث فريمان دايسون وتأثيره على العلوم الحديثة

توفي دايسون في عام 2020 قبل أن يتم العثور على أي من كراته - على الرغم من أنها مجرد واحدة من عشرات الأفكار التي تحمل اسمه.

قال ويليام بريس، أستاذ علوم الحاسوب والبيولوجيا التكاملية في جامعة تكساس في أوستن: "عندما كان دايسون عالمًا شابًا، أظهر دايسون أن ثلاث نظريات كمومية متنافسة كانت في الواقع نفس النظرية - وأنهى المنافسة بإيجاز". لم يشارك في الدراسة. "في وقت لاحق، طبّق عبقريته في مجالات علم الفلك، وعلم الكونيات، وعالم ما وراء الطبيعة، وأيضًا المشكلة الحقيقية جدًا المتمثلة في الانتشار النووي هنا على كوكب الأرض. وفي وقت وفاته، تم الاعتراف به كمفكر مستفز ومبدع."

كما شهد جورج دايسون أيضًا بافتتان والده وشموليته في مختلف التخصصات.

"قال دايسون الأصغر سنًا: "لقد استفاد من قصر انتباهه ونفوره من البيروقراطية، وساهم في خمسة مجالات للرياضيات وأحد عشر مجالًا في الفيزياء، بالإضافة إلى علم الأحياء النظري والهندسة وبحوث العمليات والأدب والشؤون العامة. "كانت العديد من أفكاره مثيرة للجدل، حيث كان أحد مبادئه الإرشادية هو "من الأفضل أن تكون مخطئًا على أن تكون غامضًا".

قال توموتسوغو غوتو، الأستاذ المشارك في علم الفلك في جامعة تسينغ هوا الوطنية في تايوان، إن نهج الباحثين الذين يقفون وراء الدراسة الجديدة يمكن أن يوفر مسارًا أكثر إثمارًا في البحث عن ذكاء خارج كوكب الأرض. كما أنه لم يشارك في الدراسة.

وأضاف في رسالة بالبريد الإلكتروني: "ومع ذلك، لا يزال التلوث بأقراص الحطام النجمي الظرفية، التي تحاكي إشارات دايسون الكروية بالأشعة تحت الحمراء، مصدر قلق". "يجادل المؤلفون بأن أقراص الحطام حول (النجوم القزمة) نادرة، لكن المؤلفين السبعة المرشحين الذين تم اختيارهم من بين 5 ملايين مصدر نادرون أيضاً. وعلى الرغم من ذلك، فإن المصادر السبعة المرشحة تبرر إجراء المزيد من الفحوصات باستخدام تلسكوبات قوية لإجراء تقييم أكثر تحديداً."

وتقترح ورقة بحثية نُشرت في 23 مايو/أيار رداً على ورقة سوازو وزملائه أن ثلاثة على الأقل من النجوم السبعة قد "تم "تحديدها بشكل خاطئ" على أنها كرات دايسون ويمكن أن تكون بدلاً من ذلك "مجرات دايسون" (DOGs الساخنة) - مجرات ساخنة محجوبة بالغبار - وأن الأربعة المتبقية يمكن تفسيرها على الأرجح بهذه الطريقة أيضاً.

ولأن دراسة سوازو تتطرق إلى السؤال الأساسي حول ما إذا كان الجنس البشري وحيداً في الكون، فإن البحث عن كرات دايسون المرشحة يتداخل مع مجالات مختلفة -بما في ذلك العلوم الأساسية والفلسفة والدين- وبالتالي قد يزيد من مشاركة العلماء الشباب واهتمام العالم العلمي بالموضوع، وفقاً لزازا عثمانوف، وهو أحد المنتسبين إلى معهد سيتي والعميد المشارك لكلية الفيزياء في جامعة تبليسي الحرة في جورجيا، والذي لم يشارك أيضاً في البحث.

ومع ذلك، أضاف أن البصمة الإشعاعية لكرات دايسون السبعة المرشحة يمكن تفسيرها بالظواهر الطبيعية أيضاً. وقال عثمانوف: "يجب أن تكون فرضية الأصل الاصطناعي لأي إشعاع، حتى لو كان مثيراً للاهتمام، هي نقطة الانطلاق الأخيرة عندما تُستنفد جميع التفسيرات الطبيعية الممكنة". "ولهذا، فإن البحث المستقبلي ضروري."

أما بالنسبة لدايسون نفسه، فلو كان لا يزال على قيد الحياة، لكان هو أيضًا متشككًا للغاية في أن هذه الملاحظات تمثل بصمة تكنولوجية، كما قال ابنه جورج: "لكن اكتشاف ظواهر فلكية جديدة غير تكنولوجية هو بالضبط السبب الذي جعله يعتقد أنه يجب أن نخرج ونبحث."