ده حقیقتی که در مورد کهکشان راه شیری نمی‌دانستید
دوشنبه 8 آذر 1395 10:49 AM
خانه کهکشانی همه ما، جایی نیست جز کهکشان راه شیری. اما چه چیزهایی را دقیقا در مورد آن می‌دانید؟ به احتمال زیاد این را خواهید دانست که کهکشان راه شیری ، مارپیچی‌شکل است و طول آن به 100 هزار سال نوری می‌رسد. اما غیر از اینها دیگر چه اطلاعاتی در مورد آن دارید؟ با ما همراه باشید تا بیشتر با خانه کهکشانی خودمان آشنا شویم و ده مورد از ویژگی‌هایش را با هم بررسی کنیم. در انتها از خود بپرسید که چند مورد از این حقایق را از قبل می‌دانستید و چه تعداد نیز برای شما کاملا جدید بوده است.
شما ممکن است بدانید که کهکشان ما به زیباترین شکل ممکن، یعنی مارپیچی است. احتمالاً عکس هایی از آن را نیز دیده‌اید که بازوهایی از مرکزش خارج شده و به دور هاله مرکزی پیچیده‌اند. مرکز برخی از کهکشان‌های مارپیچی به جای آن که به شکل یک کره باشد، به صورت میله‌ای است که بازوهای کهکشان، از دو سر آن میله خارج شده‌اند. ستاره‌شناسان به این نوع کهکشان‌ها، کهکشان‌های مارپیچی میله‌ای می‌گویند. کهکشان راه شیری ما نیز از همین نوع است. در حقیقت میله مرکزی راه شیری بسیار بزرگ است و طول آن به ۲۷ هزار سال نوری می‌رسد. اینگونه کهکشان ما دارای یکی از بزرگترین میله‌های مرکزی در بین تمامی کهکشان‌هاست.
درست در مرکز کهکشان ما و در هسته آن، هیولای بزرگی نهفته است؛ یک ابرسیاهچاله. وجود این ابرسیاهچاله از روی تاثیرات گرانشی آن ثابت شده است. به این صورت که ستاره‌هایی که بسیار به مرکز کهکشان نزدیک هستند، یعنی تنها چند ده میلیارد کیلومتر از آن فاصله دارند، در مدارهایی با سرعت‌های بسیار بالا در حرکت‌اند. سرعت مداری این ستاره‌ها به هزاران کیلومتر در ثانیه می‌رسد. حرکت با چنین سرعت‌هایی حتی باعث از دست دادن جرم برخی از آنها می‌شود. با کمی محاسبات ریاضیاتی پایه، می‌توان پی برد جرمی که در مرکز کهکشان باید وجود داشته باشد تا ستاره‌های نزدیک به آن، با چنین سرعت‌هایی شتاب بگیرند، حدود ۴ میلیون برابر جرم خورشید است. در تصاویری که از نواحی مرکزی کهکشان راه شیری گرفته می‌شود، نوری که مربوط به چنین جرم سنگینی باشد دیده نمی‌شود. پس چه جرمی می‌تواند کاندیدی برای آن باشد؟ درست است، تنها یک ابرسیاهچاله.
هرچند جرم این سیاهچاله فوق‌العاده زیاد است. اما به یاد داشته باشید که جرم کلی کهکشان راه شیری 200 میلیارد برابر جرم خورشید است. پس این سیاهچاله مرکزی، تنها کسر کوچکی از جرم کلی کهکشان ما را شامل می‌شود. در مورد خطر بلعیده شدن منظومه شمسی توسط آن نیز خیالتان راحت باشد. چرا که فاصله ما تا آن برابر 250000000000000000 کیلومتر است! برای شمردن صفرهای این عدد لازم نیست به خودتان زحمت بدهید و با ادامه متن همراه باشید!
وجود چنین ابرسیاهچالهای در مرکز کهکشان، مسئول شکل‌گیری بخشی از بادهای کیهانی است که مواد موجود در اطرافش را به جهات مختلف پرتاب می‌کند. به اینصورت این سیاهچاله در شکل‌گیری ستارگان کهکشان نقش دارد. پس هرچند که سیاهچاله‌ها در حالت کلی بسیار خطرناکند، اما این امکان نیز وجود دارد که تولد خورشید و در ادامه آن زمین و سایر سیارات منظومه شمسی، وام‌دار ابرسیاهچاله کشنده‌ی مرکز کهکشان باشد.
کهکشان‌ها بسیار بزرگ و پرجرم‌اند و دنیای آنها تا حدی شبیه به حیات وحش روی کره زمین است. به این صورت که اگر کهکشان کوچکتری احتیاط نکرده و از نزدیکی کهکشان پرجرم‌تری عبور کند، کهکشان بزرگتر آن را تکه‌تکه کرده و ستاره‌ها و گازهای موجود در آن را خواهد بلعید. کهکشان راه شیری غیر از زیبابودن، بسیار درنده نیز هست. در همین زمان، راه شیری مشغول خوردن چندین کهکشان کوچکتر دیگر است. این کهکشان‌های کوچکتر، به صورت کمان‌های بلندی از گازها و ستارگان در آمده‌اند که در اطراف مرکز کهکشان ما گسترده شده‌اند. در نهایت آنها در کهکشان راه شیری ترکیب شده و آن را بزرگتر و پرجرم‌تر خواهند کرد. پس از اتمام این فرآیند، با بزرگتر شدن کهکشان راه شیری، قدرت آن برای خوردن طعمه‌های دیگر، زیادتر هم می‌شود. چرا که هر چه جرم کهکشانی بیشتر باشد، تمایل آن برای کهکشان‌خواری هم بیشتر است.
کهکشان راه شیری در کیهان تنها نیست. ما جزیی از مجموعه کهکشان‌هایی هستیم که به آن خوشه محلی گفته می‌شود. راه شیری به همراه کهکشان همسایه، آندرومدا، بزرگترین اعضای این خوشه محسوب می‌شوند. کهکشان مثلث نیز مارپیچی شکل است. اما خیلی بزرگ نیست و تعدادی کهکشان کوچکتر دیگر نیز سایر همسایگان ما را در این محله کهکشانی تشکیل می‌دهند. این چند مورد مهم‌تر با احتساب چندین کهکشان کوتوله بسیار کم‌نور دیگر، تعداد اعضای خوشه محلی را به 30 تا 40 عدد می‌رساند.
خوشه محلی همانند محله‌ای آرام و دنج در کنار شهر است. جایی که خبری از ترافیک‌های زیاد و سرسام‌اور نیست. اگر اینگونه تصور کنیم که هر خوشه به مانند محله‌های یک شهر (=ابرخوشه) باشد، این خوشه گیسو است که در مرکزیت قرار دارد. خوشه گیسو دارای بیش از 2000 کهکشان است که خیلی از آنها هم‌جرم یا پرجرم‌تر از کهکشان راه شیری‌اند. مرکز گیسو در فاصله‌ای 60 میلیون سال نوری از ما قرار دارد و به نظر می‌رسد که خوشه محلی ما از نظر گرانشی به آن وابسته است؛ یعنی در واقع خوشه ما مانند قمری برای آن محسوب می‌شود، چرا که این خوشه پرجمعیت، جرمی معادل یک کادریلیون جرم خورشید دارد. (کادریلیون = عدد یک با پانزده صفر جلوی آن!)
مجموعه ابرخوشه‌های نزدیک به ما. ابرخوشه سنبله (virgo) که خوشه محلی ما نیز شامل آن است، در مرکز تصویر مشخص است.
اگر شبی که هوا صاف باشد و دور از آلودگی نور شهرها به آسمان بنگرید، هزاران ستاره را می‌توانید ببینید و بشمارید. تمامی این ستارگان داخل کهکشان راه شیری قرار دارند و از نیم‌کره شمالی تنها کهکشان آندرومداست که به عنوان جرمی فراتر از راه شیری، با چشم غیر مسلح دیده می‌شود. موقع لذت بردن از این زیبایی‌های طبیعی به یاد داشته باشید که کهکشان راه شیری بیش از 200 میلیارد ستاره در درون خود دارد و بنابراین ستاره‌های بی‌شماری که با چشمتان می‌بینید، تنها کسر کوچکی از مجموع ستاره‌های آن را تشکیل می‌دهند. دورترین و پرنورترین ستاره‌هایی که با چشم دیده می‌شوند، بیش از 1000 سال نوری با ما فاصله ندارند. این فاصله نیز برای پرنورترین ستاره‌ها صدق می‌کند و اکثریت ستارگان بسیار کم‌نورترند و خیلی زودتر از دیدگان شما محو می‌شوند. مثلا با اینکه خورشید به نسبت ستاره پرنوری است، اگر در فاصله 60 سال نوری قرار بگیرد، دیگر با چشم دیده نخواهد شد. کافیست چنین فواصلی را با ابعاد کلی راه شیری که حدود 100 هزار سال نوری است مقایسه کنید تا پی ببرید که تنها قطره‌ای از اقیانوسی از ستاره را می‌توانید ببینید.
تمامی ستاره‌های که هر شب می‌بینید، در این دایره قرمز بسیار کوچک جای می‌گیرند. ستاره‌های دورتر تنها با تلسکوپ دیده خواهند شد.
وقتی ستاره‌شناسان حرکت ستارگان در کهکشان را رصد می‌کنند، با انجام مقداری محاسبات ریاضی و فیزیکی، می‌توانند جرم تشکیل‌دهنده آن را بدست آورند (جرم بیشتر به معنی جاذبه گرانشی بیشتر است و جاذبه بیشتر باعث تندتر حرکت کردن ستارگان می‌شود). به علاوه با روش‌هایی، می‌توان تعداد ستارگان کهکشان را نیز تخمین زد و نتیجه گرفت چه سهمی از جرم کل راه شیری، سهم مربوط به ستاره‌ها است. مشکل این است که این دو عدد با یکدیگر هم‌خوانی ندارند. جرم ستارگان و دیگر مواد همچون گاز و غبارهای کهکشانی، تنها 10% از جرم کلی کهکشان ما را شامل می‌شوند. پس در اینصورت 90% باقی‌مانده جرم چه شده است؟
این بخش اعظم، هرچه که باشد، جرم دارد، اما از خود نوری ساطع نمی‌کند. ستاره‌شناسان به این بخش از ماده، ماده تاریک می‌گویند. نامی که شایسته آن است. ما می‌دانیم که ماده تاریک شامل هیچ یک از موارد سیاهچاله، ستارگان مرده، سیارات سرگردان و گازهای سرد نمی‌شود. تمامی اینها با تحقیقاتی که انجام شده، از لیست کاندیدهای ماده تاریک خارج شده‌اند. تنها چند مورد محدود و عجیبی همچون WIMP ها در این لیست باقی مانده‌اند و همچنان گزینه اصلی پیدا نشده است. چیزی که قطعیت دارد این است که ماده تاریک واقعی بوده و در کهکشان ما و سایر کهکشان‌ها وجود دارد. بخشی از دانشمندان کارهای تحقیقاتی‌شان بر یافتن ماهیت ماده تاریک اختصاص دارد و می‌توان پیش‌بینی کرد که تا دهه آینده ماده تاریک دیگر یک معما نخواهد بود.
البته خب این بازوهای مارپیچی‌شکل، توهم نیست، ولی در حقیقت تعداد ستاره‌های درون آنها با تعداد ستاره‌های بین بازوها، فرق چندانی ندارد! بازوهای مارپیچی را بهتر است مانند راه‌بندان ترافیکی کیهانی تصور کنیم. یعنی نواحی که چگالی محلی در آن بخش‌ها افزایش یافته است. مشابه با ترافیکی که در یک بزرگراه وجود دارد، ماشین‌هایی به این ترافیک اضافه شده و برخی نیز از آن خارج می‌شوند، اما خود ترافیک در جای خود باقی می‌ماند. در کهکشان نیز، ستاره‌هایی به بازوهای آن وارد شده و از آن طرف تعدادی نیز از آن خارج می‌شوند، اما خود بازوی کهکشان باقی می‌ماند.
باز هم مشابه ترافیک خیابانی که احتمال رخ دادن تصادف‌هایی در آن هست، در بازوهای کهکشان نیز به دلیل چگالی بیشتر گازها، فرآیند ستاره‌زایی بیشتری رخ می‌دهد و چه بسا با حرکت ستاره‌ای از نزدیکی یک سحابی و ایجاد اختلالاتی در آن، گازهای سحابی فشرده شده و در نهایت ستاره جدیدی متولد شود. اکثریت این ستارگان جدید، کم‌نور و کم‌جرمند که برای میلیاردها سال عمر می‌کنند. اینگونه ستارگان فرصتش را دارند تا از بازوها خارج شوند. اما در مقابل ستاره‌های دیگری که بسیار پرجرم و روشن و داغند، برای مدت‌های بسیار کمتری عمر می‌کنند و در طول زندگیشان با روشنایی فوق‌العاده‌ای که دارند، گازهای اطراف خود را روشن می‌کنند. در نهایت قبل از آنکه فرصت خارج شدن از این ترافیک کیهانی (بازوها) را داشته باشند، با انفجاری مهیب به پایان عمر خود می‌رسند. همین روشن‌شدن بیشتر گازهای موجود در بازوها بوسیله چنین ستارگان است که باعث می‌شود، بازوهای کهکشان مشخص‌تر و برجسته‌تر به نظر برسند.
ما بازوهای کهکشان‌های مارپیچی را بهتر می‌بینیم، چرا که نور بیشتر در آن قسمت وجود دارد، و نه به این دلیل که ستارگان در آن بخش‌ها بسیار متمرکزترند.
راه شیری دیسک کاملا تختی است که حدود 100 هزار سال نوری قطر و چند هزار سال نوری ضخامت دارد. البته بسته به اینکه ضخامت کدام بخشش را اندازه‌گیری کنید، مقدار آن کمی متفاوت می‌شود. برای درک بهتر، 4 عدد دی‌وی‌دی را تصور کنید که روی هم قرار گرفته‌اند. قطر و ضخامت این مجموعه، نمونه مشابهی از راه شیری است.
تصویری از کهکشان آندرومدا که وجود ناهمواری‌هایی در دیسک آن را می‌توان تشخیص داد.
آیا تاکنون اتفاق افتاده است که یک دی‌وی‌دی را در آفتاب شدید رها کنید؟ خواهید دید که پس از مدتی و با داغ‌شدن زیاده از حد، خم شده و روی خودش جمع می‌شود. کهکشان ما نیز تقریبا چنین حالتی دارد. این بار، دلیل احتمالی چنین اتفاقی مربوط به تاثیرات گرانشی دو کهکشان اقماری راه شیری است. یک طرف دیسک راه شیری به بالا خم شده و سمت دیگر در خلاف این جهت حرکت کرده است. برای درک بهتر می‌توانید به تصاویری از کهکشان آندرومدا نگاهی بیندازید. چرا که اتفاق مشابهی برای آندرومدا نیز افتاده است. البته در نگاه اول شاید چیزی به نظر نرسد، اما با دقت بیشتر می‌توانید در بخش مرکزی آن، بالارفتگی یک سمت و پایین‌رفتگی بخش دیگر را ببینید. کهکشان آندرومدا نیز هماننند راه شیری، تعدادی کهکشان اقماری دارد و همان‌ها مسئول چنین ناهمواری‌هایی در صفحه کهکشانی آن هستند.
آیا تا به حال کهکشان آندرومدا را با چشم غیرمسلح دیده‌اید؟ البته بایستی دور از آلودگی نور شهرها و در زمانی که ماه زیر افق است، شانس خود را امتحان کنید. کمک گرفتن از یک نقشه آسمان، نرم‌افزار نجومی و یا بهتر از همه، منجم آماتوری که آسمان شب را به خوبی می‌شناسد، لازم است. اگر موفق به دیدن هاله کم‌نور و محوی از آن شدید، به یاد داشته باشید که آندرومدا بسیار بزرگتر از آن است و شما تنها می‌توانید بخش پرنور مرکزی ان را ببینید. کشیدگی این کهکشان همسایه در حدود 4 درجه قوسی است. یعنی هشت برابر قطر ماه، پهنا دارد.
دو کهکشان در حال برخورد با یکدیگر
کهکشان ما و آندرومدا در حال نزدیک شدن به یکدیگر هستند و در آینده‌ای بسیار دور با هم برخورد خواهند کرد. سرعت نزدیک‌شدن آنها برابر 200 کیلومتر بر ثانیه است و با این سرعت چندین میلیارد سال طول خواهد کشید تا این برخورد آغاز شود. در بخش سوم درباره خورده‌شدن کهکشان‌های کوچک توسط بزرگ‌ترها صحبت کردیم. این بار اما حرف از برخورد دو کهکشان بسیار بزرگ است. اتفاقی که منجر به آتش‌بازی بسیار عظیمی خواهد شد! جالب است بدانید که در این برخورد مهیب، تقریبا هیچ ستاره‌ای با ستاره دیگر برخورد نخواهد کرد. چرا که فاصله ستاره‌ها نسبت به ابعاد خود آنها، آن‌چنان زیاد است که احتمال چنین رخدادهایی بسیار پایین است. اما ابرهای کهکشانی که در مقیاس‌های بسیار زیاد در هر دو کهکشان وجود دارند، با یکدیگر اصطکاک و برخورد خواهند داشت و نتیجه آن، تولد ستاره‌های جدید است. اینگونه، آتش‌بازی این برخورد، توسط نور ستاره‌های تازه‌متولد‌شده تامین خواهد شد.
همانند تصویر بالا، حین این رخداد، کمان‌های بسیار طولانی از ستاره‌ها و گازها و غبارهای دو کهکشان در امتداد هردوی آنها کشیده خواهد شد. صحنه‌هایی که در عین زیبا بودن، نشان‌دهنده خشونت موجود در مقیاس‌های کیهانی‌اند.
پس از گذشت چندین میلیارد سال از اولین تماس این دو غول کیهانی و چندین رفت و برگشت، در نهایت دو کهکشان با هم ترکیب شده و کهکشان آندروشیری؟ یا راه مدا؟! را شکل خواهند داد. یک کهکشان نوع بیضوی غول‌پیکر با بیش از 300 یا 400 میلیارد ستاره. تا هنگام رخدادن این اتفاق، هنوز عمر خورشید به پایان خود نرسیده و تبدیل به غول سرخ نشده است. آیا تا آن زمان انسانی بر روی کره زمین، یا دیگر کرات منظومه شمسی باقی خواهد ماند تا شاهد این برخورد باشد؟ شب‌هایی را تصور کنید که بیش از نیمی از آسمان را کهکشان آندرومدا در بر گرفته است و بیش از هر زمانی در آسمان ستاره به چشم می‌خورد؛ هیجان‌انگیز نیست؟!
