كهكشان ها | نحوه به وجود آمدن، انواع، تعداد و هر آنچه بايد بدانيد
اگر با تلسكوپ به آسمان شب نگاه كنيد تعداد زيادي نقطهي روشن ميبينيد كه درواقع بسياري از اين نقاط كهكشانها هستند. كهكشانها انواع و اندازههاي مختلفي هستند و تقريبا هر كدام حاوي ميلياردها ستاره و سياهچالهاي كلان جرم در مركز خود هستند.
كهكشانها چگونه به وجود آمدند؟
نزديكترين كهكشان به راه شيري
كهكشان چيست؟
كهكشان به مجموعههايي از ميليونها و حتي تريليونها ستاره، گاز و غبار و مادهي تاريك گفته ميشود كه بر اثر جاذبه كنار يكديگر قرار گرفتهاند. كهكشانهاي كوچك موسوم به كهكشان كوتوله تنها داراي چند صد ميليون ستاره هستند درحاليكه كهكشانهاي عظيم تا يك صد تريليون ستاره هم دارند كه همه حول مركز جرمي كهكشان ميچرخند. كهكشانها در گروههايي به نام خوشههاي كهكشاني گرد هم ميآيند كه از صدها تا هزاران كهكشان متغير هستند.
كهكشان ها چگونه به وجود آمدند؟
ستارهشناسان دربارهي چگونگي شكلگيري كهكشانها اطمينان ندارند. پس از بيگبنگ فضا تركيبي از دو عنصر هيدروژن و هليوم بود. برخي ستارهشناسان معتقدند گرانش باعث جذبشدن گازها و غبارها به سمت يكديگر شد و اولين ستارهها به وجود آمدند؛ سپس اين ستارهها مجموعههايي به نام كهكشانها را تشكيل دادند. گروهي ديگر هم تصور ميكنند جرم كهكشانها قبل از شكلگيري ستارههاي داخل آنها گرد هم آمدند. تقريبا تمام كهكشانهاي بزرگ حاوي سياهچالههايي كلانجرم در مركز خود هستند.
دانشمندان با مطالعه گذشته ميتوانند نحوهي شكلگيري كهكشانها در جهان آغازين و رشد آنها را شبيهسازي كنند. ستارهشناسي به نام ادوين هابل با رصدهاي خود به ايدهي جهان در حال انبساط رسيد. براساس تخمينها و سرعت انبساط، ۱۳/۸ ميليارد سال از عمر جهان ميگذرد. با اينكه اغلب كهكشانها در آغاز جهان شكل گرفتند دادهها نشان ميدهند برخي كهكشانها در فاصلهي چند ميليارد سال گذشته و در فاصله با بيگبنگ شكل گرفتند.
با اينكه تلسكوپ هابل قادر به ديدن اولين كهكشانها نيست؛ اما ميتواند رشد كهكشانها را در مقياسهاي زماني كيهاني رديابي كند. مجموعه تصاوير هابل و ديگر نقشههاي آسمان نشان ميدهند كهكشانها در فواصل بسيار مختلفي از جهان قرار دارند و بنابراين در مراحل مختلفي از رشد خود هستند.
اين شبيهسازي ابركامپيوتري شكلگيري كهكشانهاي مشابه راه شيري را در حدود ۱۳/۷ ميليارد سال پيش نشان ميدهد
انواع كهكشان
هابل و پژوهشگرهاي ديگر پس از كشف كهكشانها بهصورت دقيقتر به مطالعه آنها پرداختند. اين كار براي دههي ۱۹۲۰ بسيار دشوار بود. در آن زمان تنها ثبت يك عكس يا طيف كهكشاني به يك شب كامل رصد بيوقفه نياز داشت. امروزه تلسكوپهاي بزرگ و آشكارسازهاي الكترونيكي اين وظيفهي دشوار را سادهتر ساختهاند گرچه رصد كهكشانهاي دوردست نياز به تلاش چشمگيري دارد.
اولين گام براي درك نوع يك جرم، تعريف آن است. بزرگترين و پيچيدهترين كهكشانها معمولا داراي يكي از دو شكل اوليه هستند: يا مانند راه شيري مسطح هستند و بازوي مارپيچي دارند يا به شكل بيضيشكل ظاهر ميشوند. از طرفي بسياري از كهكشانهاي كوچكتر شكل نامنظمي دارند. در جدول ذيل به فهرست برخي از معروفترين كهكشانها و انواعشان اشاره شده است:
كهكشان هاي مارپيچي
كهكشان راه شيري و آندرومدا هر دو از نوع كهكشانهاي بزرگ مارپيچي هستند. اين كهكشانها داراي يك هالهي مركزي متورم، يك ديسك و بازوهاي مارپيچي هستند. مواد بينستارهاي بين ديسكهاي كهكشانهاي مارپيچي پخش شدهاند. سحابيهاي درخشان و ستارههاي جديد جوان در بازوهاي مارپيچي قرار دارند و نشان ميدهند تولد ستارهها همچنان ادامه دارد. ديسكها معمولا غبارآلود هستند.
خوشههاي ستارهاي باز را ميتوان در بازوهاي مارپيچهاي نزديكتر و خوشههاي سراسري را ميتوان در هاله مشاهده كرد. كهكشانهاي مارپيچي تركيبي از ستارههاي پير و جوان هستند تقريبا دو سوم كهكشانهاي مارپيچي نزديك داراي ميلههاي ستارهاي به شكال جعبه و بادامزميني هستند كه دورتادور مركز ميچرخند. كهكشان راه شيري هم داراي يك ميله است. بازوهاي مارپيچي از انتهاي ميله شروع به چرخش ميكنند. در كهكشانهاي مارپيچي بدون ميله و داراي ميله شاهد طيف متنوعي از شكلها هستيم.
تصوير كهكشان مارپيچي ميلهاي NGC 1300 كه توسط تلسكوپ فضايي هابل به ثبت رسيده است
قطر بخشهاي درخشان كهكشانهاي مارپيچي بين ۲۰ هزار تا بيش از ۱۰۰ هزار سال نوري متغير است. پژوهشهاي جديد نشان ميدهند احتمالا مواد كهكشاني فراتر از لبههاي كهكشان جريان مييابند. اين مواد گازهاي سرد و رقيقي هستند كه كشف آنها در رصدها كار دشواري است.
براساس دادههاي موجود، جرم بخشهاي قابل ديد كهكشانهاي مارپيچي بين ۱ ميليارد تا يك تريليون جرم خورشيدي متغير است. درخشندگي كل اغلب كهكشانهاي مارپيچي بين ۱۰۰ ميليون تا ۱۰۰ ميليارد برابر خورشيد است. كهكشان راه شيري و كهكشان M31 (آندرومدا) از كهكشانهاي مارپيچي بزرگ و كلانجرم به شمار ميروند. همچنين مقدار قابل توجهي مادهي تاريك داخل و اطراف كهكشانها وجود دارند؛ ميتوان براساس سرعت حركت ستارهها در بخشهاي خارجي كهكشان به وجود مادهي تاريك پي برد.
كهكشان مارپيچي غيرميلهاي گرداب و كهكشان ماهوارهاي همراه آن
كهكشان بيضيشكل
كهكشانهاي بيضيشكل تقريبا بهطور كامل از ستارههاي كهنسال تشكيل شدهاند و به شكال كره يا بيضي هستند (كرههاي فشرده) اين كهكشانها فاقد بازوي مارپيچي هستند. نور آنها حاصل ستارههاي مايل به قرمز قديمي يا ستارههاي جمعيت ۲ است. در كهكشانهاي بيضيشكل بزرگتر، تعداد زيادي خوشهي سراسري ديده ميشود. سحابيها و غبارها در كهكشانهاي بيضيشكل چشمگير نيستند؛ اما مقدار كمي مادهي بينستارهاي دارند.
درجهي پهني كهكشانهاي بيضيشكل با يكديگر متفاوت است. برخي از آنها سيستمهايي تقريبا كروي و مانند كهكشانهاي مارپيچي مسطح هستند. قطر كهكشانهاي بيضيشكل غولآسا به بيش از چند صدهزار سال نوري ميرسد و به شكال چشمگيري بزرگتر از كهكشانهاي مارپيچي هستند. گرچه ستارهها به صورت مستقل حول مركز كهكشان بيضيشكل ميچرخند، مدار آنها مانند كهكشان مارپيچي در يك جهت قرار ندارد. در نتيجه كهكشانهاي بيضيشكل به صورت منظم نميچرخند و به همين دليل تخمين مادهي تاريك آنها دشوار است.
ابعاد كهكشانهاي بيضيشكل از كهكشانهايي غولآسا تا كوتولههاي كهكشاني متغيرند. Leo I يك نمونه كهكشان بيضيشكل كوتوله است. درخشش اين نوع كوتوله تقريبا برابر با درخشانترين خوشههاي سراسري است. كهكشان متوسط بين كهكشان غولآسا و كوتوله سيستمهايي مثل M32 و M110، دو كهكشان همراه آندرومدا هستند. با اينكه اين كهكشانها در دستهبندي كوتولههاي بيضيشكل قرار ميگيرند، به شكال چشمگيري بزرگتر از كهكشانهايي مثل Leo I هستند.
كهكشان بيضيشكل غولآساي ESO 325-G004
كهكشان نامنظم
هابل كهكشانهايي را كه شكل منظمي ندارند در گروه كهكشان نامنظم دستهبندي كرد. كهكشانهاي نامنظم معمولا جرم و درخشش كمتري نسبت به كهكشانهاي مارپيچي دارند و سازماننيافته هستند. اين كهكشانها حاوي ستارههاي جوان جمعيت ۱ و ستارههاي پير جمعيت ۲ هستند.
كهكشان NGC 1427A نمونهاي از كهكشان نامنظم در فاصلهي ۵۲ ميليون سال نوري
دو نمونه از شناختهشدهترين كهكشانهاي نامنظم ابر ماژلاني كوچك و ابر ماژلاني بزرگ هستند كه در فاصلهي اندكي بيش تر از ۱۶۰ هزار سال نوري قرار دارند و از نزديكترين همسايگان فراكهكشاني به شمار ميروند. اسامي اين كهكشانها نمادي از سفر فردينان ماژلان و خدمهي او به دور دنيا هستند. آنها اولين اروپاييهايي بودند كه توانستند ابر ماژلاني را در آسمان شب ببينند. گرچه اين دو منظومه از اروپا و ايالات متحده قابل ديدن نيستند، از نيمكرهي جنوبي بهراحتي در آسمان شب ديده ميشوند. ابرهاي ماژلاني فرصت بسيار خوبي را براي مطالعه سحابيها، خوشههاي ستارهاي، ستارههاي متغير و ديگر اجرام كليدي كهكشان در اختيار ستارهشناسان قرار ميدهند.
نمايي عريض از ابر ماژلاني بزرگ
ابر كوچك ماژلاني بسيار كمجرمتر از ابر بزرگ ماژلاني است و طول آن شش برابر عرضش است. اين نوار باريك مانند يك پيكان به سمت كهكشانمان قرار دارد. ابر كوچك ماژلاني بهدليل واكنش گرانشي با راه شيري به شكال كنوني درآمده است. رشتهاي عظيم از سنگريزههاي حاصل اين واكنش هم در آسمان شب كشيده شدهاند و داخل ابرهاي گازي كه با سرعت بالايي حركت ميكنند ديده ميشوند. به اين مجموعه رشتهي ماژلاني گفته ميشود. براساس تعامل كهكشانها ميتوان شكل نامنظم كهكشانهاي كوچكتر را توجيه كرد.
تكامل كهكشان ها
ستارهشناسان ميتوانند تفاوتهاي ظاهري كهكشانها را به مراحل تكامليشان ربط دهند. براي مثال آيا ممكن است كهكشاني بيضيشكل به نوع مارپيچي تكامل پيدا كرده باشد؟ از آنجا كه هيچ طرح سادهاي براي تكامل يك نوع مشخص از كهكشان به نوع ديگر پيدا نشده است، ستارهشناسان انديشه متخصصينات ديگري را ارائه كردند.
براي مدتي ستارهشناسان تصور ميكردند تمام كهكشانها در اوايل تاريخ جهان شكل گرفتهاند و تفاوت بين آنها ريشه در سرعت شكلگيري ستارهها دارد. كهكشانهاي بيضيشكل كهكشانهايي بودند كه تمام مادهي ستارهايشان به سرعت به ستاره تبديل شد. درحاليكه روند شكلگيري ستاره در كهكشانهاي مارپيچي كندتر بوده است.
امروزه ميدانيم حداقل برخي از كهكشانها در طول ميلياردها سال از آغاز جهان دستخوش تكامل شدهاند. برخوردها و ادغامهاي كهكشاني ميتوانند كهكشانهاي مارپيچي را به كهكشانهاي بيضيشكل تبديل كنند. حتي كهكشانهاي منزوي مارپيچي كه هيچ كهكشان همسايهاي در مجاورت خود ندارند به مرور زمان به تكامل ميرسند و با كندشدن سرعت شكلگيري ستارهها، بازوهاي مارپيچي بهمرور كاهش مييابند. در طول دهههاي گذشته مطالعه تكامل كهكشانها و جهان به يكي از جديدترين موضوعهاي پژوهشي نجوم تبديل شدهاند.
برخورد كهكشان ها
كهكشانها با وجود فاصلهي زياد برخلاف ستارهها ميتوانند به يكديگر نزديك شوند، بر يكديگر اثر بگذارند يا حتي برخورد كنند. وقتي كهكشانها با هم برخورد ميكنند در واقع از درون هم ميگذرند؛ ستارههاي آنها بهدليل فاصلهي زياد با يكديگر برخورد نميكنند. بااينحال، آثار گرانشي بين كهكشانهاي برخوردي ميتوانند منجر به ايجاد امواج جديد شكلگيري ستارهها، سوپرنواها و حتي سياهچالهها شوند. برخوردها باعث تغييرشكل كهكشانها ميشوند و براساس مدلهاي كامپيوتري، حاصل برخورد كهكشانهاي مارپيچي ميتواند كهكشان بيضوي باشد.
در چهار ميليارد سال آينده كهكشان راه شيري با كهكشان آندرومدا برخورد خواهد كرد
در فاصلهي چهار ميليارد سال آينده كهكشان راه شيري با همسايهي مارپيچي خود آندرومدا برخورد خواهد كرد. احتمالا خورشيد سرگردان خواهد شد؛ اما خطري زمين و منظومهي شمسي را تهديد نميكند. آندرومدا كه با نام M31 هم شناخته ميشود ۲/۵ ميليون سال نوري از زمين فاصله دارد ولي با سرعتي باورنكردني بر اثر گرانش مشترك بين دو كهكشان و مادهي تاريكي كه هر دو را احاطه كرده است به سمت راه شيري در حركت است.
شبيهسازيهاي كامپيوتري دادههاي هابل نشان ميدهند پس از نزديكشدن دو كهكشان، دو ميليارد سال طول خواهد كشيد تا هر دو كهكشان به صورت كامل بر اثر گرانش ادغام شوند. راه شيري و اندرومدا پس از ادغام، كهكشاني بيضيشكل را تشكيل خواهند داد كه يكي از نمونههاي متداول جهان است. براساس شبيهسازيها منظومهي شمسي احتمالا پس از برخورد از مركز كهكشان دورتر خواهد شد.
اين طوفان آتشين آسماني حاصل برخورد دو كهكشان مارپيچي است كه در حدود چند صد ميليون سال پيش آغاز شده است. اين برخورد باعث فشردهشدن ابرهاي عظيم گاز و غبار و آغاز موج جديدي از تولدهاي ستارهاي در كهكشان شده است.
كهكشان هاي فعال
برخي كهكشانها در صورتي كه حاوي هستهي كهكشاني فعال (AGN) باشند در گروه كهكشانهاي فعال طبقهبندي ميشوند. در اين كهكشانها به جاي ستارهها، گاز و مادهي بين ستارهاي، بخش قابل توجهي از انرژي توسط هستهي كهكشاني منتشر ميشود. انواع مختلفي براي AGN-ها وجود دارد؛ اما هستههايي كه در طيف پائين درخشش قرار ميگيرند كهكشانهاي سيفرت ناميده ميشوند درحاليكه هستههايي با درخشش بيشتر از كهكشان ميزبان را اجرام شبه ستاره يا كوازار مينامند.
AGN-ها پرتوها را از طريق طيف الكترومغناطيسي و طول موجهاي راديويي پرتوي ايكس منتشر ميكنند. مدل استاندارد هستهي كهكشاني فعال براساس ديسك برافزايشي است كه دورتادور سياهچالهي كلانجرم در بخش هستهي كهكشان شكل ميگيرد.
پرتوهاي هستهي كهكشاني فعال حاصل انرژي گرانشي ماده در حين سقوط به داخل سياهچاله از ديسك هستند. درخشش AGN به جرم سياهچاله كلانجرم (SMBH) و سرعت سقوط ماده در آن وابسته است.
UGC 6093 در دستهي كهكشان فعال قرار ميگيرد و اين يعني ميزبان هستهي كهكشاني فعال است
بلازرها و كوازارها
بلارزها و كوازارها دو نمونه از AGN-هاي متداول هستند. كوازار يا اختروش هستهي كهكشاني فعالي است كه جريانهاي ذرات را از مركز كهكشان به بيرون منتشر ميكند. تفاوت بين كوازار و بلازر در زاويهي آنها است. نزديكترين كوازار به زمين كوازار ماركاريان ۲۳۱ در صورت فلكي دب اكبر است. كوازارها بهقدري دور هستند كه گمان ميرود از مراحل اوليهي كهكشان باشند.
كوازار چيست؟
كوازار تنها يكي از انواع هستهي كهكشاني فعال است كه شامل بلازرها، كهكشانهاي راديويي و كهكشان سيفرت هستند. نام كامل كوازار شيء راديويي شبه ستاره است. كوازارها در واقع سياهچالههاي كلان جرم فعال در مركز كهكشانها هستند و درخشش آنها در كهكشان بيشتر از ستارهها است. اين اجرام داراي قرص برافزايشي از گاز و غبار هستند و با سقوط ماده در كوازار، پرتوهاي الكترومغناطيسي آزاد ميكنند. كوازارها پس از مصرف قرص برافزايش غيرفعال ميشوند. اين اجرام معمولا در مركز كهكشانهاي دوردست قرار دارند.
تمام كوازارهايي كه تاكنون ديده شدهاند ميلياردها سال نوري با زمين فاصله دارند به همين دليل به گمان بسياري از دانشمندان، اين اجرام هستهي كهكشانهاي جوان هستند. اگر امروز بتوانيم اين اجرام را ببينيم احتمالا كاملا آرام هستند و مانند هر كهكشان ديگري جرياني از آنها ديده نميشود.
كوازار ماركاريان ۲۳۱ در صورت فلكي دب اكبر
بلازر چيست؟
تفاوت بين كوازار، كهكشان راديويي و بلازر در زاويهي جريان آنها است. اگر جريان رو به بالا باشد كهكشان راديويي است اگر زاويه داراي اندكي انحراف باشد جرم يادشده كوازار است و اگر جريان كاملا در جهت ما باشد شيء يادشده بلازر است.
تعداد كهكشان ها در جهان
بهانديشه متخصصين ميرسد شمردن تمام كهكشانها كاري غيرممكن است. يكي از اشكالات محدوديت ابزاري است. براي رسيدن به بهترين ديد تلسكوپها نياز به گشودگي ديافراگم بالايي دارند (قطر آينه اصلي يا لنز) و براي اجتناب از انحراف بايد خارج از جو زمين قرار بگيرند.
به گفتهي ماريو ليويو، اخترفيزيك دان مؤسسهي علمي تسلكوپ فضايي در بالتيمور مريلند، با اينكه هر كدام از متخصص كارشناسان تخمينهاي متعددي را ارائه ميدهند طيف قابل قبول كهكشانها بيشن ۱۰۰ ميليارد و ۲۰۰ ميليارد متغير است. با پرتاب تلسكوپ جيمزوب انتظار ميرود اطلاعات بيشتري دربارهي كهكشانهاي اوليهي جهان به دست آيند.
صرفانديشه متخصصين از ابزار بهكاررفته، روش تخمين تعداد كهكشانها يكسان است. تلسكوپ از بخشي از آسمان عكسبرداري ميكند. سپس ميتوان تعداد كل كهكشانها را براساس قسمت به دستآمده تخمين زد.
اندازهگيري انبساط كيهان نشان ميدهد عمر جهان تقريبا ۱۳.۸ ميليارد سال است. با بالا رفتن سن جهان و بزرگترشدن آن كهكشانها از يكديگر دورتر ميشوند. در نتيجه ديدن آنها با تلسكوپ دشوارتر ميشود. اينجا است كه فرضيهي جهان قابل ديدن مطرح ميشود. به گفتهي دانشمندان در فاصلهي يك تا دو تريليون سال آينده كهكشانها فراتر از محدودهي ديد زميني خواهند رفت.
كهكشانها همچنين به مرور زمان تغيير ميكنند. براي مثال همانطور كه در بخش قبل هم گفتيم كهكشان راه شيري در آيندهاي دور با كهكشان اندرومدا برخورد ميكند و هر دو در فاصلهي ۴ ميليارد سال ادغام ميشوند. ساكنين كهكشانهاي دوردست با دنياي تاريكي روبهرو خواهند شد.
كهكشان ها و ماده تاريك
در اواخر دههي ۱۹۷۰، ستارهشناسي به نام ورا روبين مادهي تاريك را كشف كرد. او در حال مطالعهي چرخش كهكشانها بود كه متوجه چرخش عجيب اندرومدا شد. سرعت مادههاي لبهي كهكشان بهاندازهي مواد مركز آن بالا بود و اين پديده قوانين نيوتن و كپلر را نقص ميكرد. گرچه بخش زيادي از جرم در مركز متراكم شده بود؛ اما بهانديشه متخصصين ميرسيد جرمي نامرئي موسوم به مادهي تاريك كهكشان را نگه داشته است. روبين خيلي زود هالهي عظيمي از مادهي تاريك را در كهكشان اندرومدا كشف كرد.
با اينكه تقريبا نيم قرن از اين كشف ميگذرد هنوز هيچ كس نميداند ماهيت مادهي تاريك چيست. بااينحال، اين مادهي عجيب و نامرئي نزديك به ۸۴ درصد از جرم جهان را تشكيل ميدهد و حضور فراگير آن بر ستارهها و كهكشانها و تراكم مواد در جهان اوليه تأثير ميگذارد.
برخي از بهترين شواهد مربوط به مادهي تاريك از خوشهي كهكشاني 1E 0657-556 يا خوشهي گلوله به دست آمدند. اين خوشه در پي برخورد دو خوشهي كهكشاني بزرگتر شكل گرفته است كه پرانرژيترين رويداد از زمان بيگبنگ است. از آنجا كه بخشهاي اصلي زوج خوشه يعني ستارهها، گاز و مادهي تاريك رفتار متفاوتي در طول برخورد داشتند دانشمندان توانستند آنها را به صورت مجزا مطالعه كنند.
ستارههاي كهكشانهاي خوشهي گلوله كه تلسكوپهاي ماژلان و هابل در نور مرئي به رصد آنها پرداختند تحت تأثير برخورد قرار نگرفتند و از كنار يكديگر عبور كردند. گاز جديد ناشي از برخورد دو خوشه در طول موجهاي پرتوي ايكس با رصدخانهي پرتوي ايكس چاندرا رصد شد. اين گاز شامل بخش زيادي از مادهي عادي زوج خوشه است. از آنجا كه گازها با يكديگر واكنش الكترومغناطيسي ميدهند گاز هر دو خوشه سرعت كمتري نسبت به ستارهها دارند. سومين عنصر اين برخورد يعني مادهي تاريك هم به صورت غيرمستقيم با استفاده از لنز گرانشي اشياي پسزمينه كشف شد.
مادهي تاريك براساس تعريف هيچ واكنش الكترومغناطيسي بهويژه واكنش نوري را برقرار نميكند. اين ماده همانطور كه از اسمش پيدا است تاريك است. در نتيجه تودههاي مادهي تاريك دو خوشه در حين برخورد مانند ستارهها از كنار يكديگر عبور كردند و گاز جديدي را از خود به جا گذاشتتند. اگر گاز جديد پرجرمترين مادهي خوشهها بود اثر لنز گرانشي ديده نميشد. در نتيجه اين رصدها اولين مدرك براي اثبات ماده تاريك بودند.
تصوير پرتوي ايكس (صورتي) روي تصوير نور مرئي (كهكشانها) همراه با توزيع مادهاي كه با روش لنز گرانشي محاسبه شده است (آبي)
عجيب ترين كهكشان ها
براساس تخمينها جهان از ۱۰۰ تا ۲۰۰ ميليارد كهكشان تشكيل شده است. قطعا در چنين مجموعهي بزرگي با عجايب متعددي روبهرو خواهيم بود. از كهكشانهايي مشابه عروس دريايي گرفته تا كهكشانهايي با ستارههاي مرده. در ادامه به برخي از عجيبترين كهكشانها اشاره ميكنيم.
كهكشان عروس دريايي
كهكشان ESO 137-001 كه در صورت فلكي مثلث جنوبي قرار دارد مانند ستارهاي دريايي بهانديشه متخصصين ميرسد كه در ميان درياي ستارهها شنا ميكند. اين كهكشان نوعي كهكشان مارپيچي ميلهاي است. علاوه بر ميله پيچخوردگيها و دنبالههايي در اين كهكشان وجود دارند. اين دنبالهها جريانهاي ستارهاي هستند كه بهانديشه متخصصين ميرسد مانند دمهاي عروس دريايي از كهكشان منحرف شدهاند.
به نقل از ناسا اين ستارهها دمي از گاز و غبار را تشكيل ميدهند كه از ESO 137-001 به بيرون جريان پيدا ميكنند. فرايند شكلگيري اين كهكشان به صورت يك راز باقي مانده است زيرا گازهاي داخل دم براي شكلگيري ستاره بايد جديدتر از اينها باشند.
كهكشان زامبي
سرعت چرخش كهكشان كلان جرم ديسك مانند MACS 2129-1 دو برابر كهكشان راه شيري است؛ اما بهاندازهي آن فعال نيست. رصدهاي هابل از اين كهكشان دوردست نشان ميدهند از ۱۰ ميليارد سال پيش تاكنون هيچ ستارهي جديدي در اين كهكشان متولد نشده است.
MACS 2129 با نام كهكشان مرده هم شناخته ميشود زيرا هيچ ستارهي جديدي در اين كهكشان وجود ندارد. بهعقيدهي دانشمندان چنين كهكشانهايي ممكن است به مرور زمان بر اثر ادغام كهكشانهاي كوچكتر شكل گرفته باشند؛ اما ستارههاي MAC 212901 حاصل ادغامهاي انفجاري نيستند بلكه در ديسك اصلي كهكشان شكل گرفتند. يافتههاي اين پژوهش نشان ميدهند كهكشانهاي مرده دچار تغيير ساختار داخلي ميشوند زيرا به مرور زمان با كهكشانهاي ديگر تركيب ميشوند و شكلشان تغيير ميكند.
كهكشان همجنس خوار
برخي كهكشانها همجنس خوار هستند. كهكشان آندرومدا نزديكترين همسايه به زمين در طول ده ميليارد سال گذشته كهكشانهاي ديگر را بلعيده است. اين كهكشان و راه شيري در حدود ۴.۵ ميليارد سال آينده با يكديگر برخورد ميكنند گرچه تا آن زمان خورشيد به پايان عمر خود ميرسد و حيات روي زمين غيرممكن خواهد شد.
قورباغه شناور در فضا
در فاصلهي سيصد ميليون سال نوري، قورباغهاي عظيم در فضا شنا ميكند. كهكشان قورباغه داراي دمي است كه طول آن به ۵۰۰ هزار سال نوري ميرسد و ده برابر طويلتر از راه شيري است؛ اما چه عاملي باعث شكلگيري اين كهكشان عجيب شده است؟ به گزارش پژوهشگرها در سال ۲۰۱۸، برخوردي كيهاني عامل اين شكل عجيب است. دو ديسك كهكشاني روي يك كهكشان كوتولهي كوچكتر كشيده شدهاند به گونهاي كه ستارهها در يك سوي سر كهكشان انباشته شدند و در سمت ديگر دمي طويل قرار دارد.
سارق درخشان
كهكشانها مرتب با يكديگر تعامل ميكنند و شكل همسايههايشان را تغيير ميدهند، ستارهها را به سرقت ميروند و شيطنتهاي ديگري را انجام ميدهند. درخشانترين كهكشان شناختهشده در جهان يكي از همين سارقان است. دانشمندان در سال ۲۰۱۸ از رصد كهكشان W2246-0526 خبر دادند كه نيمي از جرم سه كهكشان همسايهي خود را به سرقت برده است.
توله شير كوچك
احتمالا بامزهترين كهكشان، توله شير كوچك باشد كه در صورت فلكي دب اكبر قرار دارد. اين كهكشان كوتوله از زمان بيگبنگ غيرفعال بوده است يعني حاوي مولكولهاي تغيير نيافتهاي از لحظاتي پس از انفجار بيگبنگ در حدود ۱۳/۸ ميليارد سال پيش است. توله شير كوچك كهكشاني محكوم به فنا است؛ زيرا كهكشاني مارپيچي به نام NGC 3359 مواد آن را ميبلعد. بااينحال، ميتوان با مطالعه جريان گازهاي ستارهاي آن به آثار مولكولهاي جهان آغازين پي برد.
كهكشان شكوفهاي
بهانديشه متخصصين ميرسد كهكشان ESO 381-12 در حال شكوفايي است. اين كهكشان با فاصلهي ۷۰ ميليون سال نوري از زمين در صورت فلكي قنطورس قرار دارد. اين كهكشان از نوع عدسيوار است كه تركيبي از كهكشان مارپيچي مثل راه شيري و كهكشان كشيدهشدهي بيضيشكل است. آنچه اين كهكشان را عجيب ميكند شكوفههاي گلبرگ مانند نابرابر است كه از بدنهي اصلي كهكشان به سمت بيرون كشيده شدهاند. ستارهشناسان كاملا از عامل اين ساختارها مطمئن نيستند؛ اما ممكن است شكوفهها امواج ضربهاي ناشي از برخوردي كيهاني باشند كه زمينه را براي شكلگيري تسارههاي جديد فراهم ميكنند.
مارپيچ زيبا
مسيه ۸۳ (messier 83) كهكشان مارپيچي عظيمي با يك مركز ميلهايشكل مشابه راه شيري است. اين كهكشان در فاصلهي ۱۵ ميليون سال نوري از زمين در صورت فلكي مار باريك قرار دارد. مسيه ۸۳ از چند لحاظ عجيب است. در درجهي اول داراي يك هستهي دوگانه در مركز است. بهانديشه متخصصين ميرسد دو سياهچالهي كلان جرم در مركز اين كهكشان قرار دارند.
در درجهي دوم، مملو از سوپرنوا است. ستارهشناسان تاكنون شش عدد از اين انفجارهاي ستارهاي و بقاياي بيش از ۳۰۰ عدد از آنها را شناسايي كردهاند. به اين ترتيب مسير ۸۳ از انديشه متخصصين تعداد سوپرنوا در جايگاه دوم پس از كهكشان NGC 6946 قرار ميگيرد كه داراي بيشترين تعداد سوپرنواي ثبت شده است.
حشره موذي كيهاني
بهانديشه متخصصين ميرسد اين تصوير مربوط به يك قاصدك باشد تا پديدهاي كيهاني. اين تصوير كه توسط تلسكوپ فضايي هابل ثبت شده است متعلق به كهكشاني به نام حشرهي موذي است؛ زيرا جتهاي نورياش مانع از مطالعه ستارههاي نزديك به آن ميشوند.
كهكشان چشم
بهانديشه متخصصين ميرسد ديسك كهكشان مارپيچي IC 2163 با يك چشم بزرگ در حال ديدن آسمان است. اين كهكشان چشممانند در واقع رشتهاي عظيم از ستارهها و غبار است. بهعقيدهي ستارهشناسان اين شاخصههاي چشمي تنها چند ميليون سال دوام ميآورند كه براساس طول عمر كهكشانها مانند چشم بر هم زدني است.
پژوهشگرها متوجه شدند گازهاي شاخصهي چشمي با سرعت ۱۰۰ كيلومتر بر ثانيه به سمت مركز IC 2163 حركت ميكنند و با نزديكشدن به مركز كهكشان بينظمتر و كندتر ميشوند. كاهش سرعت باعث جمعشدن و فشردهشدن گاز ميشود كه خود زمينه را براي شكلگيري ستارههاي جديد فراهم ميكند.
دو قلب
احتمالا اغلب كهكشانها داراي سياهچالهاي كلان جرم در مركز خود هستند؛ اما برخي از آنها هم داراي دو سياهچاله هستند. يكي از اين كهكشانها NGC 7674، كهكشاني مارپيچي است كه دو سياهچالهي كلان جرم با فاصلهي يك سال نوري از يكديگر در مركز آن قرار دارد. اين كهكشان احتمالا در طول ادغام با كهكشاني ديگر سياهچالهي آن را جذب كرده است. تنها كهكشان ديگر شناخته شده با دو سياهچاله در مركز، كهكشان كلان جرم 0402+379 است.
كهكشان متوقفشده
اگر كهكشان باشيد احتمالا يا كهكشانهاي ديگر را ميبلعيد يا ميميريد. كهكشان NGC 1277 مورد دوم را انتخاب كرد. اين كهكشان كه براي اولين بار در سال ۲۰۱۸ رصد شد ۲۴۰ ميليون سال نوري از زمين فاصله دارد. در طول ده ميليارد سال گذشته هيچ ستارهي جديدي در اين كهكشان تشكيل نشده و به همين دليل يك كهكشان مرده درانديشه متخصصين گرفته ميشود.
ستارهشناسان معتقدند NGC 1277 بهدليل سرعت بالاي حركت براي بلعيدن كهكشانهاي ديگر بسيار شگفتانگيز است. اين كهكشان با سرعت ۳.۲ ميليون كيلومتر بر ساعت در فضا حركت ميكند. NGC 1277 بدون گاز و غبار كهكشانهاي ديگر قادر به تشكيل ستاره نخواهد بود. برخي ستارهشناسان فكر ميكنند اغلب كهكشانها ظاهري مانند NGC 1277 داشتند و از طريق ادغام با كهكشانهاي ديگر رشد كردهاند.
كهكشاني بر سر راه ما
بهعقيدهي دانشمندان اغلب كهكشانها در حال دورشدن از زمين هستند زيرا فضا به صورت پيوسته در حال انبساط است؛ اما مسيه ۹۰ اين گونه نيست. اين كهكشان مارپيچي كه ۶۰ ميليون سال نوري از زمين فاصله دارد در جهت راه شيري در حال حركت است.
ستارهشناسها ميتوانند حركت اين كهكشان را اندازهگيري كنند زيرا نورهاي اين كهكشان به سمت انتهاي آبي طيف نوري منحرف ميشوند. اشيايي كه از زمين دور ميشوند به رنگ قرمز تمايل دارند يعني انتشار نوري آنها به سمت قرمز ميرود. مسيه ۹۰ بخشي از گروه بزرگي از كهكشانها به نام خوشهي دوشيزه (Virgo) است. اين كهكشان را ميتوانيد در ماه مي با تلسكوپ يا دوربين دوچشمي در نيمكرهي شمالي زمين بين صورتهاي فلكي دوشيزه و شير تماشا كنيد.
نزديك ترين كهكشان به راه شيري
كهكشانهاي كوچك مثل ابرهاي ماژلاني بزرگ و كوچك از نزديكترين كهكشانها به راه شيري هستند. با اينكه كهكشانهاي كوچك و كوتولهي متعددي به راه شيري نزديك هستند، كهكشان آندرومدا نزديكترين كهكشان مارپيچي بزرگ به راه شيري است. كهكشان آندرومدا درخشانترين شيء آسمان شب است كه در فاصلهي ۲.۵ ميليون سال نوري از زمين قرار دارد؛ يعني دورترين شئيي كه انسان ميتواند با چشم غيرمسلح ببيند.
ستارهشناسها گاهي اندرومدا را Messier 31 يا M31 مينامند. آندرومدا سي و يكمين شيء از فهرست مشهوري است كه توسط ستارهشناس فرانسوي چارلز مسيه (۱۷۳۱-۱۸۱۷) تحليل شدند. امروزه ستارهشناسان آماتور ميتوانند با تلسكوپها و دوربينهاي دوچشمي اين كهكشانها را ببينند. قطر آندرومدا هم مانند راه شيري به ۱۰۰ هزار سال نوري ميرسد.
كهكشان راه شيري
كهكشان راه شيري خانهي ماست و به همين دليل بيشترين اهميت پژوهشي را دارد. با نگاهي به آسمان شب ميتوانيد نواري از نور را ببينيد كه بسياري از باستانيها آن را رودخانه، شير يا مسير ميناميدند. اين خط جذاب نور در واقع مركز كهكشان راه شيري است كه از بازوهاي خارجي آن ديده ميشود.
درك ساختار راه شيري اندكي چالشبرانگيز است. منظومهي شمسي درست در لبههاي خارجي يكي از بازوهاي راه شيري قرار دارد. موقعيت خورشيد در ديسك كهكشاني احاطهشده با غبار يكي از موانع رصد ساختار راه شيري است. راه شيري كهكشاني مارپيچي ميلهاي با قطر ۱۰۰ هزار سال نوري است. اگر از بالا به شكل آن نگاه كنيد شاهد برآمدگي مركزي خواهيد بود كه با چهار بازوي مارپيچي بزرگ احاطه شده است. كهكشانهاي مارپيچي دو سوم كهكشانهاي جهان را تشكيل ميدهند.
كهكشان مارپيچي ميلهاي برخلاف كهكشان مارپيچي معمولي شامل ساختاري ميلهمانند در بخش مركزي است و دو بازوي اصلي دارد. راه شيري هم داراي دو بازوي كوچك و همچنين دو توالي كوچكتر است. يكي از تواليها كه بازوي اوريون ناميده ميشود حاوي خورشيد و منظومهي شمسي است. بازوي اوريون بين دو بازوي بزرگ پرسوس و ساگيتاريوس قرار دارد.
راه شيري به صورت پيوسته در حال چرخش است. بازوهاي آن در فضا حركت ميكنند و خورشيد و منظومهي شمسي هم همراه با آن حركت ميكنند. منظومهي شمسي با سرعت ميانگين ۸۲۸ هزار كيلومتر بر ساعت در فضا حركت ميكند كه حتي با وجود اين سرعت بالا ۲۳۰ ميليون سال طول ميكشد تا كل راه شيري را طي كند.
قوس راه شيري در پهنهي آسمان شب. اين تصوير تركيبي پاناروما در رصدخانهي پارانال در شمال شيلي به ثبت رسيده است
راه شيري با هالهاي عظيم از گاز جديد احاطه شده است كه تا صدها هزار سال نوري كشيده شده است. اين هالهي گازي بهاندازهي كل ستارههاي راه شيري سنگين است و مانند خود راه شيري با سرعت بالايي در حال چرخش است. بازوهاي مارپيچي در اطراف مركز كهكشان حاوي مقادير زيادي گاز و غبار هستند. ستارههاي جديدي به صورت پيوسته در اين بازوها شكل ميگيرند. اين بازوها را ديسك كهكشاني مينامند. ضخامت ديسك كهكشاني تنها ۱۰۰۰ سال نوري است.
نمودار موقعيت خورشيد در راه شيري
در مركز كهكشان برآمدگي كهكشاني قرار دارد. قلب راه شيري مملو از گاز، غبار و ستاره است. گاز و غبار موجود در اين برآمدگي بهقدري ضخيم است كه نميتوانيد آن سوي آن را ببينيد. براساس فرضيهها، سياهچالهاي غول آسا در مركز راه شيري قرار دارد كه ميلياردها برابر سنگينتر از خورشيد است. اين سياهچالهي كلانجرم در ابتدا كوچك بود؛ اما با تغذيه از گاز و غبار اطراف به مرور زمان بزرگتر شد. گرچه سياهچالهها به صورت مستقيم ديده نميشوند ميتوان آنها را براساس آثاري كه در اطراف خود به جاي ميگذارند شناسايي كرد. اغلب كهكشانهاي جهان حاوي سياهچالهاي در مركز خود هستند.
منظومهي شمسي در فاصله ۳۰ هزار سال نوري از مركز راه شيري قرار دارد
راه شيري شامل بيش از ۲۰۰ ميليارد ستاره است و بهاندازهي كافي گاز و غبار در آن وجود دارد تا ميلياردها ستارهي ديگر متولد شوند. منظومهي شمسي درست در فاصلهي ۳۰ هزار سال نوري از مركز راه شيري و ۲۰ سال نوري بالاي صفحهي كهكشاني قرار دارد. زمين و همسايههاي آن در صفحهي كهكشاني قرار ندارند و داراي انحراف ۶۳ درجهاي نسبت به آن هستند.
بيش از نيمي از ستارههاي كشف شده در راه شيري كهنسالتر از خورشيد ۴.۵ ميليارد ساله هستند. كهكشانهايي مثل راه شيري معمولا در حدود ده ميليارد سال پيش دستخوش انفجار تولد ستارهاي شدند. در آن زمان مجموعهي عظيمي از ستارهها متولد شدند. متداولترين ستارههاي راه شيري، كوتولههاي سرخ هستند. ستارههاي سردي كه يك دهم خورشيد جرم دارند.
رصد كهكشان ها
دموكريت، فيلسوف يوناني در ابتدا پيشنهاد داد كه نوار درخشان آسمان شب موسوم به راه شيري حاوي ستارههاي دوردست است. بااينحال، ارسطو معتقد بود راه شيري بر اثر آتش گرفتن برخي ستارههاي عظيم به وجود آمده است. ابن هيثم (۹۶۵-۱۰۳۷ ميلادي) اولين تلاشها را براي رصد و اندازهگيري اختلاف مانديشه متخصصين راه شيري انجام داد و به اين نتيجه رسيد كه از آنجا كه راه شيري هيچ اختلاف مانديشه متخصصيني ندارد بايد بسيار از زمين دور باشد و متعلق به جو زمين نيست.
ابوريحان بيروني، ستارهشناس ايراني (۹۷۳-۱۰۴۸ ميلادي) معتقد بود كهكشان راه شيري مجموعهاي از بيشمار ستارههاي سحابي مانند است. ابن باجه ستارهشناس اندلسي هم معتقد بود راه شيري از ستارههاي زيادي تشكيل شده است كه در نزديكي يكديگر قرار دارند و بهدليل پديدهي شكست نور مانند تصويري پيوسته بهانديشه متخصصين ميرسند.
اثبات واقعي راه شيري در سال ۱۶۱۰ ميلادي ارائه شد؛ يعني زماني كه گاليلئو گاليله از تلسكوپي براي مطالعه آن استفاده كرد و متوجه شد راه شيري تركيبي از تعداد زيادي ستارههاي كم نور است. در سال ۱۷۵۰ ميلادي، توماس رايت ستارهشناس انگليسي در اثر خود با عنوان انديشه متخصصينيهي اصلي يا فرضيهي جديد جهان به درستي به بدنهي چرخاني شامل بيشمار ستاره اشاره كرد كه بر اثر نيروهاي گرانشي كنار هم نگه داشته شدهاند.
پژوهشهاي مدرن
در اوايل سدهي ۱۹۰۰ ميلادي، بسياري از ستارهشناسان تصور ميكردند كل جهان در كهكشان راه شيري قرار دارد. برخي ديگر مثل هارلو شيپلي دانشمند و سرپرست رصدخانهي كالج هاروارد معتقد بودند حبابهاي مارپيچيشكل گاز و غباري وجود دارد و آنها را جهانهاي جزيرهاي ناميد.
در سال ۱۹۲۴ بود كه ادوين هابل براي اولين بار چند ستارهي تپنده به نام متغيرهاي قيفاووسي را كشف كرد و متوجه شد اين ستارهها خارج از محدودهي راه شيري قرار دارند. اين اجرام نجومي مجموعههاي منحصربهفردي از ستارهها در فواصل دوردست از كهكشان راه شيري بودند.
هابل پس از اندازهگيري مسافتها، به اندازهگيري اثر داپلر پرداخت كه به ميزان كشيدهشدن نور كهكشانها بهدليل حركت گفته ميشود. او متوجه شد كهكشانهاي اطراف راه شيري با سرعتهاي باورنكردني در حال دورشدن از ما هستند. هرچقدر كهكشانها دورتر باشند، سريعتر ميگريزند. به همين دليل هابل متوجه شد كل جهان در حال انبساط است و سالها بعد ستارهشناسان متوجه افزايش سرعت اين انبساط شدند.
تصاوير ثبتشده از تلسكوپ فضايي هابل
پژوهشهاي نوظهور كهكشاني
در سالهاي اخير، ستارهشناسان به رديابي كهكشانها و تكامل آنها با مادهي تاريك پرداختند. مادهي تاريك و انرژي تاريك همراه با يكديگر بيشترين بخش جرم و انرژي جهان را تشكيل ميدهند؛ اما اثبات وجود آنها دشوار است زيرا تنها ميتوان آثاري را كه بر اجرام ديگر ميگذارند شناسايي كرد.
ستارهشناسها در سال ۲۰۱۷ دو كهكشان عظيم از جهان كهن را كشف كردند كه در دريايي از مادهي تاريك شكل گرفته بودند. اندازهي بزرگ اين كهكشانها اين پرسشها را به وجود آورد كه آيا كهكشانها كهكشانها به مرور زمان بزرگتر ميشوند يا فرايند ديگري عامل اين پديده است. تنها چند ماه پس از كشف، ستارهشناسان گروهي از كهكشانها را پيدا كردند كه به صورت هماهنگ در الگويي كه تنها توصيف آن با مادهي تاريك ممكن است، به دور هم ميچرخيدند.
در سال ۲۰۱۸، گروهي از پژوهشگرها پس از كشف كهكشاني به نام NGC 1052-DF2 متوجه شدند مادهي تاريك اين كهكشان نسبت به مدلهاي موجود ۴۰۰ برابر كمتر است كه ميتواند مدلهاي تكامل كهكشاني را تغيير دهد. بااينحال، نتايج اين مطالعه هنوز مباحثهبرانگيز و تحت مطالعه هستند. نقشههاي دورهاي كهكشاني بهكمك فناوري پيشرفته به دانشمندان اجازه دادند كهكشانهايي را شناسايي كنند كه رصد آنها در گذشته دشوار بود و به دادههاي بيشتري دربارهي تكامل، اندازه و شكل كهكشانها برسند.
هم انديشي ها