دانشمندان به مدلي جديد براي شكل‌گيري راه شيري دست يافتند
براساس تعريف ستاره‌شناسان قرن بيستم، كهكشان راه شيري درحدود ۱۴ ميليارد سال پيش با تراكم ابرهاي گاز و غباري براثر نيروي گرانش به‌وجود آمد. به‌مرور‌زمان دو ساختار ظهور كردند: اولين ساختار هاله‌اي كُروي و وسيع و دومين ساختار ديسك درخشان متراكم. ميلياردها سال بعد، منظمه‌ي شمسي در اين ديسك شكل گرفت كه با نگاه‌كردن به آسمان شب مي‌توان چشم‌اندازي از ديسك راه شيري را مشاهده كرد.
در دو سال گذشته، پژوهشگران تمام فصل‌هاي تاريخچه‌ي كهكشان راه شيري بازنويسي كردند و به نتايج بهتري دست يافتند. ۲۵ آوريل ۲۰۱۸، فضاپيمايي اروپايي به نام گايا اطلاعات جالبي درباره‌ي آسمان شب منتشر كرد. دادههاي گايا حركات دقيق نزديك به يك‌ميليارد ستاره را توصيف مي‌كنند. نقشه‌هاي قبلي فقط به هزاران ستاره محدود بودند. گايا با ارسال اين داده‌ها زمينه‌ساز تحولي بزرگ شد.
ستاره‌شناسان براي دانلود نقشهي ديناميك ستاره‌اي رقابت و به اكتشافات مختلفي دست پيدا كردند. براي مثال، آنان متوجه شدند بخش‌هايي از ديسك جوان به‌انديشه متخصصين مي‌رسد. همچنين، به شواهدي از برخوردهاي عظيم دست يافتند كه بخش جوان راه شيري را شكل مي‌دهند. به‌طور‌كلي، اين نتايج داستان جديدي درباره‌ي گذشته‌ي متلاطم راه شيري و آينده‌ي رو به تكامل آن بيان مي‌كنند. مايكل پيترسون، ستاره‌شناس نام‌آشنا از دانشگاه ادينبورگ، دراين‌باره مي‌گويد:
چشم‌انداز ماه از راه شيري به‌سرعت تغيير كرده است. راه شيري جرمي ايستا نيست؛ بلكه تمام نقاطش به‌سرعت در‌حال‌تغيير است.
ستاره‌هاي آغازين
ستاره‌شناسان با بازگشت به اولين روزهاي شكل‌گيري راه شيري، ستاره‌هاي آغازين را جست‌وجو كردند. اين ستاره‌ها، تنها از هيدروژن و هليوم تشكيل شدهاند كه خام‌ترين مواد كيهاني به‌شمار مي‌روند. خوشبختانه ستاره‌هاي كوچك‌تر اين مجموعه به‌آهستگي مي‌سوزند؛ در‌نتيجه، بسياري از آن‌ها هنوز به حيات خود ادامه مي‌دهند.
پس از سال‌ها مطالعه، پژوهشگران كاتالوگي از ۴۲ ستاره‌ي كهن موسوم به ستاره‌هاي فقير فلزي را جمع‌آوري كردند. براي ستاره‌شناسان هر اتم سنگين‌تر از هليوم در دسته‌ي فلزي قرار مي‌گيرد. براساس مدل استاندارد شكل‌گيري راه شيري، اين ستاره‌ها در هاله‌ي اوليه جمع شده بودند كه اولين بخش كهكشان راه شيري است. در‌مقابل، ستاره‌هاي موجود در ديسك كه سال‌هاي بعدي شكل گرفتند، با عناصر سنگين‌تري مثل كربن و اكسيژن آلوده شدند.
اواخر سال ۲۰۱۷، ستاره‌شناسي به نام سستيتو با نوشتن كدي براي تحليل نتايج گايا حركت ستاره‌هاي فقير فلزي را مطالعه كرد. شايد مسير كُروي اين ستاره‌ها مي‌توانست سرنخي براي شكل‌گيري هاله‌ي آغازين راه شيري باشد. سستيتو در روزهاي پس از انتشار دادههاي گايا، نزديك به ۴۲ ستاره‌ي كهن را از مجموعه‌ي دادههاي كامل استخراج و حركت آن‌ها واكاوي كرد. او متوجه شد اغلب ستاره‌هاي كهن در هاله‌ي راه شيري قرار داشتند و تعدادي (دقيقا يك از چهار ستاره) از آن‌ها در ديسك قرار دارند. اين نتيجه براي سستيو بسيار غيرمنتظره بود.
پژوهش‌هاي بعدي ثابت كردند ستاره‌ها درواقع ساكنان طولاني‌مدت ديسك راه شيري هستند، نه توريست‌هاي گذرا. سستيتو و همكارانش براساس دو پژوهش جديد، جزوه رايگانخانه‌اي شامل ۵،۰۰۰ ستاره‌ي فقير فلزي را جمع‌آوري كردند كه از اين مجموعه چندصد ستاره از ساكنان دائمي ديسك بودند. گروه ديگري از پژوهشگران با مطالعه ۵۰۰ ستاره متوجه شدند از هر دَه ستاره يكي از آن‌ها در مدار مسطح خورشيد مانندي قرار دارد. گروه سوم نيز ستاره‌هايي را با خواص فلزي متغير پيدا كردند كه در مدارهاي ديسك مسطح حركت مي‌كنند. اين نتايج متغير چگونه به‌دست آمدند؟
براساس حدسيات سستيتو، شايد ساختار گاز آغازين با فلز خارج‌شده از سوپرنواها متفاوت است و سپس اين گاز ستاره‌هايي تشكيل داده كه كهنه به‌انديشه متخصصين مي‌رسند يا شايد ديسك هم‌زمان با هاله و درست يك‌ميليارد سال زودتر از زمان‌بندي پيش‌بيني‌شده شكل گرفته است.
در اين شبيه‌سازي ديجيتالي، كهكشان راه شيري در ۱۳/۸ ميليارد سال شكل گرفته و به‌تكامل مي‌رسد: از جهان آغازين تا تاريخ فعلي. ستون سمت چپ نشان‌دهنده‌ي توزيع ماده‌ي تاريك نامرئي است و مركز نشان‌دهنده‌ي دماي گاز كه در آن آبي سرد و قرمز جديد است و ستون سمت راست هم تراكم ستاره‌ها را نشان مي‌دهد. هر سطر نشان‌دهنده‌ي مقياسي با اندازه‌ي متفاوت است. سطر بالا در ديسك كهكشاني بزرگ‌نمايي شده است و ستون وسط نمايي متوسط از هاله‌ي كهكشاني است و سطر پايين نماي كوچك‌شده‌اي از محيط اطراف كهكشان را نشان مي‌دهد.
ستاره‌هاي كهن چگونه به ديسك كهكشاني راه يافته‌اند؟ به‌بيان‌ساده، آن‌ها مهاجران ستاره‌اي هستند. برخي ستاره‌ها در ابرهاي آغازين راه شيري شكل گرفتند. سپس برخي از اين ستاره‌ها به مدارهايي منتقل شدند كه ديسك كهكشاني را تشكيل دادند. ستاره‌هاي ديگر هم كه از كهكشان‌هاي كوتوله‌ي كوچك سرچشمه مي‌گرفتند، با ديسك نوظهور تراز شدند. براساس نتايج پژوهشگران كه نوامبر ۲۰۲۰ منتشر شد، مدل‌هاي شكل‌گيري كهكشاني كلاسيك ناقص بودند.
جواني پرتلاطم
پيچيدگي‌ها به همين جا ختم نمي‌شوند. ستاره‌شناسان با دادههاي گايا به شواهد مستقيمي از برخوردهاي عظيم دست يافتند. براساس فرضيات آنان، راه شيري جواني متلاطمي تجربه كرده است؛ اما هلمر كاپلمن، ستاره‌شناس مؤسسه‌ي مطالعات پيشرفته‌ي پرينستون، از دادههاي گايا براي جست‌وجوي بقاياي كوچك بزرگ‌ترين ادغام‌ها استفاده كرد.
كاپلمن دو روز پس از انتشار دادههاي گايا آن‌ها را مطالعه كرد و به نتايج جالبي رسيد. او در هر جهت تعداد زيادي از ستاره‌هاي هاله‌اي را شاهد بود كه در مركز راه شيري در حالتي پينگ‌پنگي قرار داشتند. اين يافته نشان مي‌دهد اين ستاره‌ها از كهكشاني كوتوله سرچشمه مي‌گيرند.
بقاياي برخورد كهكشاني در همه جا ديده شدند. شايد نيمي از كل ستاره‌هايي كه در فاصله‌ي شصت‌هزار سال نوري از هاله قرار دارند، از برخورد غول‌آسايي سرچشمه گرفته باشند كه جرم راه شيري جوان را تا ۱۰ درصد افزايش داده است. ناگفته نماند اين هاله تا صدها هزار سال نوري در هر جهت توسعه مي‌يابد.
پژوهشگران نام كهكشان برخوردي با راه شيري را گايا انسلادوس گذاشتند كه از نام خداي يونان باستان، گايا و پسر تايتان او، انسلادوس، برگرفته شده است. تيم ديگري از دانشگاه كمبريج هم به‌طور‌مستقل كهكشان را در همان زمان كشف كردند. پس از برخورد راه شيري و گايا انسلادوس درحدود ۱۰ ميليارد سال پيش، ديسك راه شيري دچار آسيب گسترده‌اي شد.
به‌اعتقاد ستاره‌شناسان ديسك راه شيري از دو قسمت تشكيل شده است: يك ديسك باريك و يك ديسك ضخيم‌تر كه ستاره‌هاي آن در مداري حول مركز كهكشان نوسان مي‌كنند. براساس پژوهشي به‌رهبري دي‌ماتئو، برخورد گايا انسلادوس باعث فروپاشي بخشي زيادي از ديسك شده است. كاپلمن مي‌گويد: «اولين ديسك كهن با سرعت بالايي شكل گرفت و سپس گايا انسلادوس آن را نابود كرد.»
نشان‌هاي ادغام‌هاي ديگر در گروهي از ستاره‌ها موسوم به خوشه‌هاي كروي هم ديده شد. ديدريك كراجسن، ستاره‌شناس دانشگاه هايدلبرگ آلمان، از شبيه‌سازي‌هاي كهكشاني براي يادگيري شبكه‌ي عصبي و مطالعه خوشه‌هاي كروي استفاده و سن و تركيب و مدار اين خوشه‌ها را واكاوي كرد. شبكه‌ي عصبي براساس اين داده‌ها برخوردهايي را مي‌تواند بازسازي كند كه كهكشان‌ها را شكل دادند. سپس، كراجسن اين شبكه را براي راه شيري تنظيم كرد. اين برنامه رويدادهايي موسوم به گايا انسلادوس و ادغام‌هاي چشمگيرتر موسوم به كراكن را بازسازي كرد.
ماه آگوست، گروه كراجسن نوع ادغام راه شيري و كهكشان‌هاي كوتوله‌ي تشكيل‌دهنده‌ي آن را شرح دادند. براساس پيش‌بيني آن‌ها وجود ۱۰ برخورد ديگر با رصدهاي مستقل اثبات مي‌شود. برخي ستاره‌شناسان براساس اين ادغام‌ها بدين‌نتيجه رسيدند كه هاله ممكن است از ستاره‌هاي كاملا مهاجر تشكيل شده باشد.
كهكشاني رو‌به‌رشد
راه شيري تاريخچه‌اي نسبتا آرام را پشت‌سر گذاشته است؛ اما همچنان به رشدش ادامه خواهد داد. ناظران آسمان در نيم‌كره‌ي جنوبي مي‌توانند با چشم غيرمسلح زوج كهكشان كوتوله‌اي به نام ابرهاي ماژلاني كوچك‌و‌بزرگ را ببينند. ستاره‌شناسان سال‌ها معتقد بودند اين زوج همراه‌هاي ديرينه‌ي راه شيري هستند و مانند قمرهاي آن به‌شمار مي‌روند.
براساس مجموعه‌اي از رصدهاي تلسكوپ هابل بين سال‌هاي ۲۰۰۶ و ۲۰۱۳، دو ابر ماژلاني بيشتر مانند دو شهاب‌سنگي ناخوانده هستند. تيمي به‌رهبري جارگ پنروبيا، ستاره‌شناس رصدخانه‌ي سلطنتي ادينبورگ، متوجه شدند اين ابرها سنگين‌تر از حد پيش‌بيني‌شده هستند. اين نتيجه به‌خودي‌خود شگفتي به‌شمار مي‌رفت.
پژوهشگران با مطالعه حركت گسترده‌ي كهكشاني متوجه شدند راه شيري درواقع طوفاني خروشان از ستاره‌ها است؛ در‌نتيجه، پناروبيا و پيترسون بخش زيادي از اوقات قرنطينه را صرف مطالعه چگونگي خنثي‌سازي حركت زمين و خورشيد و ميانگين‌گيري از ستاره‌هاي هاله‌اي كردند. آنان با مطالعه داده‌ها متوجه شدند زمين و خورشيد و ساير ديسك راه شيري در جهتي متمايل شدهاند كه به‌سمت موقعيت فعلي ابر ماژلاني بزرگ نيست؛ بلكه در جهت موقعيت اين ابر درحدود يك‌ميليارد سال پيش است. آن‌ها جزئيات يافته‌هاي خود را در Nature Astronomy منتشر كردند.
انحراف ديسك دربرابر هاله، فرضيه‌اي اصلي را به‌خطر مي‌اندازد: راه شيري جرمي متعادل است. شايد راه شيري در فضا بچرخد و دچار لغزش شود؛ اما اغلب ستاره‌شناسان پس از ميلياردها سال فرض مي‌كنند ديسك و هاله‌ي راه شيري در پيكربندي پايداري قرار دارند. تحليل پناروبيا و پيترسون فرضيه‌ي ثبات راه شيري را رد مي‌كند. حتي پس از ۱۴ ميليارد سال، ادغام‌ها ادامه دارند و بر شكل كلي راه شيري تأثير مي‌گذارند؛ ازاين‌رو، به مدل جديدي براي توصيف راه شيري نياز داريم.
مقاله‌ي اصلي با مجوز Quanta Magazine منتشر شد.
هم انديشي ها