کهکشان ها
مقدمه:
در گذشته مردم زمین را مرکز دنیا می دیدند و فکر می کردند که خورشید نیز یکی از جرم هایی است که به دور زمین می گردد و دلیل آن حرکت خورشید بود که از شرق طلوع و از غرب غروب می کرد. پس از سال ها این حقیقت آشکار شد که خورشید مرکز بوده و زمین به دور آن می گردد. ما هنوز نمی دانیم که چقدر در مقایسه با این دنیای بزرگ خود کوچکیم. ما هر روز نشانه های بیشتری درباره ی کوچکی خود پیدا می کنیم و هر روز می فهمیم کوچک تر از آن هستیم که فکر می کنیم و روز به روز مقیاس هایی بزرگ تر از قبل پدید می آیند. یکی از این مقیاس ها «کهکشان» نام دارد. ما نقطه ای بسیار ناچیز از کهکشانی به نام راه شیری هستیم که در گروه ی به نام «گروه محلی» که از راه شیری و حدود25 کهکشان دیگر تشکیل شده است، قرار داریم. از آن جایی که ما در حاشیهی راه شیری قرار داریم می توانیم کهکشان خود را در آسمان ببینیم.در قدیم مردمان فکرهای بسیاری دربارهی این خط شیری رنگ می کردند مثلاً سرخ پوستان آمریکا اعتقاد داشتند که سگی دانه های ذرت را به آسمان پاشیده است و یا هندو ها راه شیری را مانند شکم خال دار یک دلفین میبینند و یا مصریهای باستان فکر میکردند راه شیری استخری از شیر گاو است و بوشمن های کالاهاریفکر می کردند که راه شیری شراره ی آتش است.
اما در زمان حال مردم ما فکر می کنند راه شیری کهکشانی است که حدود 100,000 سال نوری قطر دارد؛ ولی آیا ما هم اکنون درست فکر می کنیم یا همانند پیشینیان خود اشتباه می کنیم؟ ما تاکنون نمای بیرونی کهکشان خود را ندیده ایم و کاوشگر ها نیز تا به حال از منظومه ی شمسی بیرون نرفته است.
پس ما نمی توانیم بگوییم که کهکشان خود را می شناسیم و وقتی کهکشان خود را نشناسیم بدیهی است که شناختن کهکشانهای دیگر کاری، بسیار دشوار و سخت خواهد بود. ولی ما تا آن جایی که میتوانستیم با مشاهدهی دیگر کهکشان ها و محاسبات دشوار ریاضی می توانیم به شکل و ساختار کلی کهکشان خود پی ببریم.در دنیای ما فاصلههای نزدیک نیز بسیار دورند و حتی خورشیدی که ما به دور آن می گردیم، 149,000,000 کیلومتر با ما فاصله دارد و نور آن را 8 دقیقه دیرتر می بینیم. این اندازه ها در کهکشان به چند صد سال نوری نیز می رسد. اندازه ی اجرام نیز بسیار بزرگ و عظیم به نظر می رسد و حتی خورشید کوچک ما نیز، 16,689,400,000 کیلومتر قطر دارد.
کهکشان چیست؟
کهکشان را به طور کلی می توان این گونه تعریف کرد:مجموعه ای بی کران از ستاره ها، ابر های گازی( سحابی ها) و غبار که به کمک جاذبه در کنار هم ماندند.
کهکشانی که ما در آن قرار داریم، «راه شیری» نام دارد و حدود 200میلیارد ستاره در آن قرار دارد و پهنای آن حدود 100,000 سال نوری است.
کهکشان ها به طور کلی به سه نوع مارپیچی، بیضوی و نا منظم (بی قائده) تقسیم می شود.
انواع کهکشان های مارپیچی
کهکشان های مارپیچی عموماً اجرام بزرگی اند که دو و یا چند بازو دارند و مقدار آنها نسبت به کهکشانهای بیضوی کم است.این نوع کهکشان شامل دو نوع مارپیچی ساده و مارپیچی میله ای است.
کهکشان های مارپیچی
این کهکشان ها کاملاً پهناند و فقط مرکز آنها بر آمدگی دارد. علت پهن بودن آنها و وجود بازوها سرعت زیاد آنهاست. با مطالعهی سرعت شعاعی این کهکشانها می توان گفت که سرعت چرخش آنها حدود 200 تا 300 کیلومتر در ثانیه است. قابل توجه است که به دلیل نبود پیوستگی سخت میان ستارگان و ابرها مرکز کهکشان بسیار کند تر از حاشیهی آن حرکت می کند.
ساختار کهکشانهای مارپیچی، شامل دو بخش است:1- بخش بیضیوار 2-بخش مسطح
بخش مرکزی اساساً شامل بخش بیضیوار است که شبیه به یک کهکشان بیضوی است.در قسمت بیرونی بخش بیضیوار ساختاری کاملاً متفاوت، توزیع مسطحی از ستارگان را نشان میدهد.و شامل ستارگان پیر است و گاز و غباری در آن پیدا نمی شود.
بخش مسطح شامل بازوها می باشد. بیشتر کهکشانهای مارپیچی دوبازو دارند و گاهی این بازوها چند شاخهاند. همچنین برخی پیچخورده و برخی دیگر گستردهاند. آنها مقادیر زیادی ستارهی جوان و گازوغبار را شامل میشوند.
گازهای موجود در بازو های این نوع کهکشان به شکل ابر های غول پیکری است که به دو شکل آشکار می شود. یا قابل رؤیتند و یا ابر های غیر قابل رؤیت (جز برای تلسکوپهای رادیویی) با هیدروژن خنثیاند که در تمام ساختار بازو ها گسترده شده اند و امواجی در طول موج 21 سانتی متر گسیل می کنند. گفتیم که در بازو ها علاوه بر گاز و ستاره، غبار نیز وجود دارد؛ غبار مانند حباب های تاریکی از ماده، ستارگان اطراف خود را تیره می کنند؛ ولی ستارگان جوان، حداقل در کهکشان مارپیچی نزدیکتر، درخشانتر و واضحتر بوده و به رنگ آبی دیده میشوند.
از این موضوع میتوان نتیجه گرفت که بازو ها مکانی برای شکل گیری ستارگاناند. ستارگان موجود در آن ها بیش از یک میلیون سال عمر ندارند و در مقایسه با عمر این کهکشانها که مجموعاً حدود ده میلیارد سال است، بسیار جوان می نماید. گاز و غبار موجود در ابرها مواد اولیه را برای تشکیل یک ستاره ی جدید فراهم میسازد.
وجود بازوهای مارپیچی را میتوان ناشی از یک اثر مشهود فیزیکی دانست که در نظریه ی موج چگالی سی.سی.لین توصیف میشود.طبق نظریهی این فیزیکدان، یک قرص گازی چرخان می تواند امواج مارپیچی بسیار چگال و پایدار تولید کند. در این بازو ها، ستارگان و مادهی بین ستارهای، به مدت معینی در کنار هم جمع می شوند و به موازات «گیر افتادن» مواد جدید توسط موج چگال، آرام به حرکت خود ادامه می دهند. سابقاً به اشتباه تصور می شد که امواج مغناطیسی در پیدایش بازو ها مؤثر اند، ولی مطالعات دقیق نشان می دهند که میدان های مغناطیسی کهکشان های مارپیچی بسیار ضعیف هستند و نمی توانند بر ساختار آن ها تأثیر بگذارند. برای مثال میدان های مغناطیسی کهکشان ما،100,000 بار کم توان تر از میدان مغناطیسی زمین است.
کهکشان های مارپیچی میله ای
وجه مشخصهی نوع دیگری از کهکشان های مارپیچی، میله ای شکل بودن نواحی مرکزی آن هاست. هسته ی این کهکشان های کمیاب به کهکشان های بیضیوار شبیه نیست. بلکه ساختاری دراز و نسبتاً باریک دارد. هسته در مرکز این میلهی نورانی جای گرفته است. معمولاً بازوها نه از مرکز کهکشان، بلکه از دو سر این میله سرچشمه میگیرند. «میله»ی این کهکشانها هنوز معمای بزرگی است. دانسته نیست که آنها چگونه پدید آمدهاند و یا چگونه شکل گرفته اند. امروزه پژوهش های زیادی در این باره صورت می گیرد.
کهکشان های مارپیچی در نگاه هابل
هابل کهکشان های مارپیچی را به هشت رده ی زیر تقسیم کرده است:
در رده ی نخست کهکشان هایso قرار دارند که شامل دو بخش مسطح و بیضیوار و فاقد بازو های مارپیچی هستند. ساختار بیرون آن ها به دلایل نامعلوم مارپیچی به نظر می آیندو غالباً در آن ها غبار نیز وجود دارد.
سه ردهی بعدی بر مبنای چگونگی پیچخوردگی بازوها تعریف می شوند. در یک کهکشانsa بازوها کاملاً به دور هسته پیچ خوردهاند، در کهکشانهایsb، شدت پیچخوردگی کمتر است؛ در حالی که در کهکشانهایsc، بازو ها بسیار آزاد و گسترده اند. کهکشانهای sa، بخش بیضیوار بسیار نورانی و بازوهای نورانی هموار دارند. در کهکشان هایsc هستهی بسیار کوچک دارند و تکه تکه بودن بازوهایشان بیشتر است.
در این ردهبندی، کهکشان های مارپیچیمیلهای را با درج حرف Bبین s وحرفهای o و aوb وc مشخص میشوند.
کهکشان راه شیری یک کهکشان sc یا sb می باشد.
کهکشانهای بیضوی
بسیاری از کهکشان ها ساختمان مارپیچی ندارند. کهکشان هایی وجود دارند که مرکز و بازو ندارند و شکل بیضی یا کروی دارند که به این کهکشان ها، کهکشان های بیضوی می گویند. این کهکشان ها اکثراً تار هستند و به زیبایی کهکشان های مارپیچی نیستند ولی بیشتر آن ها غول پیکرند.
شکل تمام کهکشان های بیضوی، بیضی است. شکل کاملاً یک نواخت این نوع کهکشان ها، نشانه ی پیری و آرامش آنهاست. یعنی از زمانی بس دراز در آن ها اتفاق قابل توجهای نیفتاده است. با اندازهگیری ستارگان در آنها حدود 10میلیارد سال پیش متوقف شده است.
اندازهگیری توزیع نور از مرکز یک کهکشان بیضوی به طرف بیرون، نشان می دهد که شدت نور طبق منحنی همواری کاهش می یابد. این منحنی که ساختار کهکشان را توصیف می کند، در تمام کهکشان های بیضوی یکسان است و فقط بزرگی و نیز درجهی پهنشدگی کهکشان آنرا تغییر میدهد.ساختار اساسی همهی کهکشانهایبیضوی را به علت یک نواختی می توان رد یک فرمول خلاصه کرد: همهی آنها یک شکل هستند و تفاوتشان صرفاٌ از نظر اندازهی غنی بودنشان و همچنین گستردگی توزیع ستارگان است.
کهکشان بیضوی معمولاٌ از میلیارد ها ستاره تشکیل یافته اند که مدار همهی آنها حول مرکز سیستم است. مقایسهی ساختار این نوع کهکشان ها، با مدل هایی که به طور ریاضی طرح می شوند ما را به تعیین انواع مدار های ستارهای آنها راهنمایی می کند. در کهکشان های مختلف، آرایش مدار ستاره ها نیز گوناگون است؛ ولی به نظر می رسد که درصد بیشتری از ستارگان اکثر کهکشان های بیضوی مدار هایی با برون مرکزی1 زیاد دارند. در آنها تعداد کمی از ستارگان در مدار های تقریباٌ دایروی می گردند و بقیه در مدار هایی به شکل بسیار کشیده می گردند.
یکنواختی مهم دیگر در کهکشان های بیضوی رنگ آنهاست. تمام آنها قرمزند و اختلاف بسیار اندکی از لحاظ رنگ دارند. اختر شناسان با اندازه گیری رنگ این کهکشان ها نتیجه گرفته اند که بیشتر ستارگان آن های پیرند.2 زیرا ستارگان جوان نمی توانند کهکشانی به رنگ قرمز بسازند.
ویژگی دیگر کهکشان های بیضوی این است که تقریباٌ تمام ماده ی آن ها به صورت ستاره اند و مواد بین ستاره ای مانند ابر های گاز و غبار ( به جز استثنائات کوچک و اتفاقی) ندارند. از این امر نتیجه می گیرند که در حال حاضر هیچ ستارهای در کهکشانهای بیضوی شکل نمی گیرد. زیرا
آنها فاقد گاز و غباری هستند که مواد خام را برای شکل گیری ستارگان آماده می سازد.
کهکشان های بیضوی در نگاه هابل
در رده بندی هابل، کهکشان های بیضوی بر اساس نمای ظاهری به هشت گروه تقسیم می شوند. این تقسیم بندی نه براساس تمایز فیزیکی، بلکه بر مبنای تمایز هندسی است. برخی از کهکشانهای بیضوی با نمای خارجی تقریباٌ دایروی دیده میشوند،در حالی که برخی بسیار کشید
هاند. اندازهی کشیدگی بیضی با برونمرکزی آن مشخص میشود. برونمرکزی، نسبت قطر کوچک به قطر بزرگ بیضی است که نمای خارجی آن شکل را نشان می دهد. اگر قطر بزرگ را a و قطر کوچک را b بنامیم، زیر رده های هابل با فرمول( -1) E10 تعریف می شوند که در آن E نماد بیضی است. مثلاٌ کهکشانی با نمای خارجی دایروی در زیر رده ی E0 قرار میگیرند، زیرا a و b برابرند و در نتیجه ( -1) معادل صفر است؛ نیز رده ی یک بیضی بسیار کشیده مثلاٌ با نسبت a =b ، E7 خواهد بود. بین E0 و E7، هشت رده وجود دارد. بنا بر کشف هابل کهکشانی پهنتر از E7 وجود ندارد.
کهکشان های بی نظم
سومین نوع اصلی کهکشانها، عبارت است از کهکشانهای بینظم. ترکیب ستارهای آنها عموماٌ مشابه کهکشانهای مارپیچی است ولی در ساختارشان بازو های مشخصی وجود ندارند. آن ها هسته ی واضحی ندارند، اما در صورت وجود گاهی به شکل میلهای دیده می شوند. همهی کهکشانهای بینظم دارای مقادیر زیادی ستارهی جوان، گاز و غبار هستند. خوشههای ستارهای1 موجود در آنها، در مقایسه با یک کهکشان مارپیچی که همان جمعیت کلی را دارد، بسیار زیاد است. وجه مشخصهی مهم یک کهکشان بینظم، جوانی آن است. بیشترین نور آنها، از تعداد زیادی ستارهی جوان و درخشان و ابرهای نورانی گسیل می شود. کهکشانهای بینظم همانند کهکشانهای مارپیچی می چرخند، ولی به دلایلی که تاکنون ناشناخته مانده است، بازو های مارپیچی در آن ها شکل نمی گیرد. واقعیت این است که در برخی از آنها، چیزی شبیه به بازو های ابتدایی، بازوهای پیچیده و یا بازوهایی که به طور جزئی شکل گرفته اند دیده می شود و از این رو گمان می رود که ارتباط نزدیکی بین کهکشان های مار پیچی Sc و کهکشان های بینظم وجود داشته باشد.
همهی کهکشان ها با رده بندی هابل مطابقت ندارند، زیرا بعضی بسیار عجیبند. دلایلی در دست است که این کهکشانهای خاص با رویدادهای شدید و ویران کننده ی انفجاری روبرو هستند و در نتیجه به آمیزه ای از ستاره، گاز و غبار تبدیل شده اند که قابل رده بندی نیست.
راه شیری،کهکشان ما
گرچه کاوش های زیادی در مورد کهکشان محلی ما، راه شیری، انجام گرفته است؛ ولی باز هم آن را به عنوان یکی از کهکشان های ناشناخته ی فضای اطراف خود تلقی می کنیم. واقع شدن ما در درون آن اندازهگیری ها و بررسی هایی را امکان پذیر می سازد که در مورد کهکشان های دوردست مقدور نیست. از سوی دیگر، همین امر باعث می شود که منظره ی مطلوبی از کهکشان خود به دست نیاوریم. مشاهدات ما از میان گاز و غبار این منظومه ی ستاره ای صورت می گیرد و به همین دلیل درصد های اپتیکی1 بسیاری از بخش های آن به وضوح دیده نمی شوند. حتی نقشه برداری مناسب به طریق رصد های رادیویی نیز با اشکال روبرو می شود. گویی از زیاد بودن درختان، نمی توان جنگل را دید!
سال ها بود که اختر شناسان عقیده های کاملاٌ نادرستی در مورد اندازهی کهکشان داشتند. در نظر آنها، راه شیری منظومه ای بسیار کوچکی بود که خورشید در حوالی مرکز آن قرار داشت. این تصورات با کشف غبار میان ستاره ای تصحیح شد. با پی بردن به نقش غبار میان ستاره ای در محدود کردن دید اپتیکی، اختر شناسان نظریات خود را تصحیح کردند و دریافتند که راه شیری، منظومه ای است بسیار بزرگ و خورشید نیز در فاصله ی دوری از مرکز آن قرار دارد. قبل از کشف غبار میان ستاره ای، تعیین ابعاد کهکشان صرفاٌ بر پایهی آمارگیری از ستاره ها بود. به این ترتیب که ستارگان جهات مختلف آسمان شمرده و تعداد آن ها را بر حسب نورانیت های مختلف معین می شد. البته این روش با دقت کافی همراه نبود و فقط سنجش آماری توزیع ستارگان را در فضا مقدور میکرد. طبق آمار ستاره ای، کاهش تعداد ستارگان کم نور حاکی از رسیدن سرشماری به لبه یک کهکشان بود. بعد از کشف غبار میان ستاره ای، معلوم شد که کاهش ظاهری تعداد ستارگان ناشی از جذب نور توسط ای ذرات پراکنده در فضا بوده است.
اندازهی حقیقی کهکشان ما، نخستین بار در حدود سال1917توسط هارلو شیپلی آشکار شد. شیپلی توزیع خوشههایکروی ستارگان را در تمام جهات آسمان مورد توجه قرار داد. وی دریافت که توزیع خوشه های کروی در فضا شدیداٌ نامتقارن است، به طوری که اکثریت آنها در جهت صورتهای فلکی قوس و کژدم جای گرفته اند. شیپلی تا آنجا که توانست فواصل تکتک خوشهها را اندازهگیری کرد و سپس توزیع آنها را در فضا، با مدلی که اخترشناسان در مورد
کهکشان ارائه داده بودند، مورد مقایسه قرار داد.
بنا به کشف شیپلی، خورشید نه در حدود مرکز این توزیع، بلکه تقریباٌ 10,000 پارسک1 دورتر از آن و در میان محدوده ی به وجود آمده از صورت های فلکی «قوس»، «عقرب» و «مارافسای» قرار دارد. مطالعات او نشان داد که گستردهی کلی کهکشان، 30,000 پارسک است که قبلاٌ 3000 پارسک بر آورده شده بود. با وجود گذشت60 سال دادههای شیپلی به طور قابل ملاحظهای معتبر است. اندازهگیریهای جدید فاصلهها، اندازه و شکل خوشههای کروی، نظریات او را تأیید می کند. پس از پیشگامی های او بود که دلیل اشتباهات قبلی در اندازهگیری کهکشان پیدا شد. این اشتباهات در نتیجه ی جذب زیاد نور توسط گرد و غبار موجود در صفحه ی کهکشان پیش میآمد. اندازهگیریهای شیپلی از این تأثیرات به دور نبود، زیرا بسیاری از خوشههای کروی شکل مورد مطالعه ی وی در بالا یا پایین صفحهی کهکشان قرار داشتند و تراکم غبار در لایه ی نازکی طی این صفحه نتایج او را نیز تحت تأثیر قرار داده بود.
ما در حدود 10,000 پارسک(با عدم قطعیت 10%)با مرکز کهکشان فاصله داریم و قطر کهکشان ما حدود 30,000 پارسک است.
آگاهی ما از تعداد و نوع کهکشان محدود به بخشهایی است که رصدهای اپتیکی با موفقیت صورت می گیرد. اخترشناسان توانستهاند سرشماری ستارگان بسیار کمنور را تنها در محدودهی 100 پارسکی به طور مطلوب انجامدهند. سرشماری اجرام بسیار درخشان، نظیر ستارگان پر نوری که ابر غول2 نامیده می شوند، تا حدود 1000تا 2000پارسک گسترش یافته است. نتیجهی این بررسیها نشان می دهد که در کهکشان ما، بخش عمدهای از ستارگان درخشندگی کل پایینی دارند و تعداد ستارگان کم نورتر از خورشید، بیشتر از ستارگان پر نورتر از آن است. (خورشید قدر مطلق3 متوسطی دارد.)
ساختار کهکشان ما
در بخش مسطح کهکشان راه شیری(صفحهی کهکشان) بیشتر ستارگان و تمام مود بین ستاره ای متمرکز شده اند. تودهی بسیار بزرگ مرکز عمدتاٌ شامل ستارگان پیر است و نهایتاٌ هاله ای رقیق در اطراف کهکشان وجود دارد که ستارگان پیر و خوشه های کروی را در بر می گیرد. این ویژگی ها در تمام کهکشان های مارپیچی مشترک است.
با شمارش ستارگان در جهتهای عمود بر صفحهی کهکشان، میتوان نمای جانبی آن را ترسیم کرد،یعنی نمایی که کهکشان را از لبه نشان میدهد. این کار، با شمارش انواع مختلف ستارگان در نواحی روشن و صاف فضای درونکهکشانی عملی می شود و آنچه مد نظر قرار می گیرد این است که به موازات دور شدن نقشه برداری از خورشید، گونههای مختلف با چه آهنگی کاهش می یابد.
خوشهی کهکشان ها
خوشهی کهکشان ها و تعدادی از گروه های شناخته شده ی آن ها، بزرگترین اجرام جهان هستند. اندازهی آنها از حدود تجمعات کوچکی نظیر گروه محلی ما با حدود 20 تا 30 عضو، تا سیستم های کروی عظیم از کهکشانها با دهها هزار عضو است. اختر شناسان با مطالعه ی آنها،اطلاعات بسیار زیاد و با اهمیتی در مورد ساختار جهان به دست آورد. با مطالعهی حرکت کهکشان های عضو با به کار بردن قوانین گرانش در مورد این سیستم ها می توان جرم خوشه را به دست آورد. در بیشتر حالات، نتیجهی محاسبات نشان می دهد که جرم یک خوشه، بیشتر از جرم کهکشان هایی است که در آن دیده می شوند. پس نتیجه می گیریم که بیشتر ماده ی خوشه ها (و جهان ) به صورت گاز های داغ و پراکنده، خرده سیاهچالهها و یا اجرام تاریک دیگر، غیر قابل مشاهده اند. با آشکار سازی پرتوهای x گسیل شده از خوشه ی کهکشانها،وجود گاز ها بین کهکشان ها به اثبات رسیده است. به نظر می رسد که پرتو x در نتیجهی حرکت بسیار سریع کهکشان های عضو در یک محیط گازی پدید می آید. مطالعات مبتنی بر پرتوهای x به یاری ماهواره های ویژه که آشکارسازهایی با قدرت تفکیک پذیری زیاد دارند، ممکن است به زودی ما را به تعیین مقدار گاز موجود در خوشهها قادر می سازد و آنگاه می توان به ماهیت «مادهی ناپیدا» ویا «مادهی تاریک1» جهان پی برد.
ما عضو منظومهی شمسی، بازوی جبار، کهکشان راه شیری گروه محلی و خوشه ی بزرگ سنبله هستیم.
کهکشان های انفجاری
در مرکز کهکشان ها بخش هایی کوچک وجود دارد که تشعشعاتی نیرومند از قبیل نور، امواج رادیویی، اشعهی x و... از خود ساطع می کنند. حتی کهکشان ما نیز مرکز بسیار فعالی دارد. ستاره شناسان گمان می کنندکه سیاهچاله هایی در مرکز کهکشان ها وجود دارد. سیاهچاله ها اجسام کوچکی با جرمی معادل میلیونها ستاره هستند. برخی از کهکشانها چنان مرکز فعالی دارند که گویا درحال انفجارند و از مرکز آنها ماده فوران می کند و تشعشعاتی بزرگ از آن ساطع می شود.کهکشان (NGC6949) در صورت فلکی قیفاووس یک کهکشان فعال است که در قرن گذشته چندین ابر نو اختر در آن رؤیت شده است و کهکشان (M-82) در صورت فلکی دب اکبر، کهکشانی است که ظاهراٌ منفجر شده است.
کهکشانهای انفجاری را به راستی باید از حیرت انگیز ترین اجرام دانست. اختر شناسان، هنوز آگاهی کاملی به علت طغیان این کهکشانها ندارند؛ ولی پیوسته شواهد زیادی در مورد ماهیت آنها به دست میآورند. آنچه در این انفجارها قابل ملاحظه است، وسعت و اندازهی آنهاست که می تواند کل یک کهکشان را از هم بگسلد؛ کهکشانی که از میلیونها میلیون ستاره تشکیل یافته است.
انفجاری که درکهکشانها رخ میدهد، نخستین بار توسط تلسکوپهای رادیویی آشکار شد، زیرا از این کهکشانها، علاوه بر نور، تابشهای رادیویی و اپتیکی بزرگ انجام شده است، تنها توضیح قابل قبول منبع گسیلش امواج رادیویی از این کهکشان ها را، نوعی رویداد انفجاری می دانند.
انواع کهکشانهای انفجاری
عموماٌ، اجرام انفجاری برون کهکشانی، یعنی اجرامی که ورای لبههای کهکشان خودمان قرار دارند، به دو رده تقسیم می شوند که عبارتند از: 1- کهکشان های رادیویی 2- کوازار ها(اختروَشها و یا شبهستارهها)
کهکشان های رادیویی
این کهکشان ها تابش های بسیار قوی در طول موج های رادیویی نشان می دهند. ولی از سوی دیگر به کهکشان های عادی که ویژگیهای اپتیکی مشخصی دارند، شبیهاند. بیشتر کهکشان های رادیویی که از اجرام اپتیکی تمیز محسوب میشوند. آن ها ظاهری نامنظم و گسیخته دارند؛ هسته ی آن ها درخشان است و اغلب مقادیر زیادی از غبار و گاز که به شکل نامنظمی پراکنده شده اند، در آن ها دیده می شود. گاهی نمای این کهکشان ها شبیه بهکهکشان های بیضوی معمولی است؛ اما به نظر می رسد توده ای از غبار و گاز، با آرایشی نامنظم و غیر عادی، به آن ها اضافه شده است. کهکشان (NGC5128) در صورت فلکی قنطورس و کهکشان (NGC1275) در صورت فلکی پرساووس نمونه هایی از کهکشان های رادیویی هستند.
کوازار ها (اختروَش ها)
این اجرام بسیارکوچکند و از ستارگان قابل تمیز نیستند. این اجرام ابرهایی بسیار رقیق از جنس گاز هستند و سرعت گردابی بسیاری دارند.
گاهی شدت نور آن ها افت و خیز هایی سریع و معمولاٌ نامنظمی را طی چندین روز یا هفته نشان می دهد. از این موضوع نتیجه میگیریم که کوازارها بسیار کوچکند؛ زیرا اگر قطرشان چند سال نوری بود، درخشندگی کل نمیتوانست طی دوره های کوتاه تغییر کند؛ بنابراین کوازار ها نمی توانند قطری بیش از چند روز نوری داشته باشد. چگونگی ارسال انرژی از یک ابر غبار هنوز برای دانشمندان یک معماست و دانشمدان هنوز در پی پاسخ این سؤال هستند: چگونه اجسامی به این کوچکی، می توانند انرژی به این بزرگی آزاد کنند؟
ابرنواختر
انفجار بسیار پرانرژی دیگری که در ماده اتفاق می افتد، ابرنواختر نام دارد. این انفجار لایهی بیرونی ستاره را از هم میپراکند و درخشندگی آن را هزاران برابر می کند. یک انفجار نواختر معمولی 1014 (یک صد میلیون میلیون) بار قدرتمند تر از یک شراره ی خورشیدی1 است. یعنی انرژی کل آن برابر است با 1045 ارگ2 در ابرنواختران که انفجار تمام جرم ستاره را در بر میگیرد، انرژی باز هم بیشتر آزاد میشود. انرژی تولید شده در انفجار ابرنواختر، به طور متوسط حدود دههزار برابر انفجار نواختر یعنی حدود 1049 ارگ است.
به تازگی انفجارهای بسیار شدیدتر از ابرنواختر کشف شده است که آنها را اَبر- اَبرنواختر میگویند و انرژی آن 10,000 برابر ابرنواختر یعنی 1045 ارگ تخمین زده شده است و میتواند یک کهکشان را متلاشی کند.
فرضیه های درست و غلط درباره ی چگونگی انفجار کهکشانها
مقدار کل انرژی لازم برای انفجارهایی که کهکشانهای رادیویی و کوازار ها را به وجود میآورد چنان زیاد است که برای تولید آن توسط واکنش های هسته ای معمولی، باید میلیاردها خورشید به طور کامل نابود شوند. در تفسیر چگونگی این انفجار ها، نظریات زیادی ارائه شده است که در زیر به مهمترین آن ها اشاره می شود.
هنگامی که کهکشانهای رادیویی کشف شدند، دانشمندان واپاشی آنها را در نتیجهی برخورد بین دو کهکشان میدانستند؛ چون برخورد بین دو کهکشان محتمل است؛ گمان میرفت که در روند این پیشامد، انفجارهای مهیب و پرانرژی به وجود می آیند. ولی اگر توزیع ستارگان را در نظر بگیریم، میبینیم که اندازهی ستارگان در مقایسه با فاصلههایشان بی اندازه کوچک است و بنابراین، دو کهکشان که فقط حاوی ستاره باشند( و گاز و غبار نداشته باشند) بدون هیچ برخورد شدید، به راحتی از میان یکدیگر می گذرند. در این صورت، فقط برای مدتی تعداد ستارگان کهکشان دو برابر دیده میشوند و بعد از عبور آن ها از میان هم، همه چیز به حالت عادی بر میگردد. حتی احتمال این که ستاره ای از یک کهکشان با ستاره ای از کهکشان دیگر برخورد کند، کم است. برخورد بین کهکشان ها، هنگامی شدید و متلاشی کننده می شود که ابر های گاز و غبار موجود در آن ها، در مقایسه با ستارگان، اندازه ای بسیار بزرگ داشته باشند؛ ولی حتی در این شرایط نیز مقدار انرژی تولید شده در اثر برخورد، به آن حد نخواهد بود که بتواند منابع رادیویی پر انرژی پدید آورد. از دلایل دیگری که صحت نظریه ی فوق را مورد شک قرار می دهد، این است که نمای ظاهری تعداد بسیار کمی از کهکشان های رادیویی نزدیک حاکی از برخورد کهکشان هاست.
مبنای نظریهی دیگری که اخیراٌ برای تبین انرژی خروجی زیاد منابع رادیویی پیشنهاد شده است، مواجههی ماده و ضدماده است. علم فیزیک، به تقارنی بسیار دقیق بین دو شکل متفاوت از ماده در طبیعت معتقد است. یک از این دو را مادهی معمولی مینامیم که انسان، زمین، خورشید و تمام چیزهای اطراف ما از آن درستشده اند؛ شکل دیگر، ضدماده نامیده میشود که ظاهراٌ همانند ماده است ولی بار و خواص بنیادی کاملاٌ متضاد دارد. از این رو، به هنگام مواجههی با ماده، خصلت نابود کنندهای از خود نشان میدهند. البته باید توجه داشته باشیم که ضدمادهها تا به حال فقط در آزمایشگاه تولید شده است. ولی اگر کهکشانی ضدماده با کهکشان ماده برخورد کند، کوازار یا کهکشان رادیویی بسیار قدرتمند پدید میآید.
مخالفان نظریهی ماده و ضدماده، میگویند که که در لحظهی اول برخورد و نابودی چند اتم، ناحیهی برخورد چنان آشفته می شود که ممکن است ابرها از هم دور شده و برخورد شدیدی رخ ندهد.
فرضیهی دیگری که که سعی دارد منابع رادیویی را توضیح دهد، فرضیهی به هم پیوستن ماده است. طبق این نظریه ممکن است مقادیر بسیاری از مواد میان کهکشانی در اثر کشش گرانشی به درون کهکشان سقوط کند و نهایتاٌ افزایش بسیار زیاد ماده در هستهی آن، باعث وقوع میشود. فرضیه ی فوق در سال 1977 توسط فیلیپ موریسون و همکاران وی از دانشگاه M.E.T اصلاح شد آنها با مطالعهی دقیق نمای تغییر شکل داده و واپیچیده ی کهکشان (M82) دریافتند که این حالت نمیتواند نتیجهی انفجار باشد بلکه باید از رانده شدن کهکشان فوق به درون ابرهای عظیمالجثه گاز و غبار واقع در حوزهی کهکشانهای اطراف کهکشان M81 پدید آید. رویدادی که آغاز آن به میلیون ها سال پیش – یعنی زمانی که M82 یک کهکشان مارپیچی بود- برمیگردد. این اصلاح فقط پیشنهادی است برای تفسیر منبع رادیویی کهکشان M82 و قادر به تبیین کهکشانهای رادیویی نیست.
قویترین فرضیه در توضیح کوازارها و کهکشانهای رادیویی، رمبش گرانشی ماده به درون سیاهچالهای پرجرم است. به عقیده بسیاری از اخترشناسان، تنها راه تولید انرژی در این مقیاس زیاد، فرو ریزش جسمی با جرم میلیونها و شاید میلیاردها برابر جرم خورشید در مرکز کهکشان است است. در این صورت، مواد بیرون سیاهچاله، پیوسته به درون آن سقوط خواهند و درست قبل از ناپدید شدن در اطراف آن، باعث گسیل تابش های نورانی خواهند شد. نور گسیل شده میتواند مواد بیرون از شعاع بحرانی سیاهچاله را به شدت پس زند و کهکشان با هستهای ظاهراٌ در حال انفجار دیده میشوند.
مطالعاتی که در سال 1978 در مورد کهکشان M87 -که یک کهکشان انفجاری است- انجام شد، نشان داد که هستهی آن، شامل جسم بسیار پرجرمی است که از ستارگان معمولی تشکیل نشده است و طبق محاسبات جرمی بیش از5میلیارد برابر جرم خورشید دارد. این جسم میتواند یک سیاهچاله باشد.
اخترشناسان و فیزیکدانان سعی میکنند که ماهیت کهکشانهای انفجاری را توضیح دهند ولی در حال حاضر، نمیتوان گفت که تا چه حد موفق بوده اند و نظرات آن ها تا چه حد درست است.
سیاه چاله ها
به طور کلی سیاهچاله ها، اجسام فروریختهای اند که چگالی بسیار زیادی دارند، به طوری که هیچ تابشی(حتی نور) نمیتواند از آن بگریزد. اگر ستارهی بزرگی منفجر شود و بقایای آن به قدر کافی فشرده شود ممکن است سیاهچاله پدید آید.
سیاهچاله را چگونه شناسایی میکنند؟
از آنجا که آن ها هیچ نوری ندارند و آن ها را نمی توان دید، دانشمندان آن ها را علامت گذاری میکنند؛ زیرا موادی که به سمت مرکز سیاهچاله کشیده میشود، با هم بر خورد کرده و حفره های پرتوی x ازخود پخش میکنند که در این هنگام تلسکوپ های فضایی آنها را شناسایی میکنند.
نتیجه گیری
کهکشانها براستی یکی از معجزههای خلقت هستند. این کهکشانها باعث شدند تا مناظر بسیار خیرهکننده و جذابی به وجود بیایند.
کهکشان شگفت انگیز و خارقالعادهای که ما در آن زندگی میکنیم، تنها بخشی از دنیای بیکران است که انسان همواره سؤالات بیشماری دربارهی آن داشته است: مادهی تاریک چیست؟ آیا روزی ما توانایی سفر به انتهای دنیا را داریم؟ و آیا جهان انتهایی دارد؟!
این پرسشها و هزاران سؤال دیگر از دیرباز ذهن انسان را مشغول خود کرده است. پاسخها روز به روز پیچیده تر میشوند و سؤالات نیز هر روز همراه با جوابها پیشرفت میکنند. دیگر پرسشهایی مانند «آن خط شیری رنگ در آسمان چیست؟» برای ما معنایی ندارند. ولی آیا سؤالات ما مانند گذشتگانمان، سؤالاتی ساده است و برای نسلهای بعدی قابل فهم خواهد بود؟
براستی اگر بگوییم ما هیچ اطلاعاتی نداریم، درست گفته ایم زیرا ما هنوز شکل کهکشان خود را با حدس و گمان ترسیم می کنیم. ساختار کهکشانها بسیار پیچیده است. ساختار کهکشان ما نیز از این قائده مستثنی نیست. بنابراین اگر بخواهیم کهکشان خود را بشناسیم، کاری بسیار دشوار در پیش داریم. بشر تا به حال توانسته است با پیشرفت تکنولوژی، به کارهایی که به نظر بسیار دشوار می رسیدند، دست پیدا کند و شاید روزی بتواند از پس این کار بر بیاید. از زمانهای گذشته سفر به فضا از آرزوهای انسان بوده است. حال بشر پس از رسیدن به آرزوهایش بلند پروازتر شده. اما آیا پس از سفرهای میان ستاره ای هنوز نظریات دانشمندان پا بر جا خواهند ماند؟
ما بسیاری از کهکشان ها را تنها با چشم محدود خود میبینیم؛ حتی برخی از کهکشان ها را تنها با تشعشعاتی که ارسال میکنند، شناسایی میکنیم. ممکن است تکیه کردن بر قدرت محدود چشمهایمان بر نظریهها تأثیر گذاشته باشند. اما همهی این نظریه ها - چه درست و چه غلط - باعث شدند تا علم نجوم امروزی خلق شود. پس از این نظریههای گوناگون، شاید، سفر انسان به ستارگان کاملاٌ علم نجوم را دگرگون سازد.
واژهنامه
ابر غول: ستاره ای بسیار بزرگ که اندازهی آن را میتوان با منظومهی شمسی نورد مقایسه قرار داد. ابر غولها حدود 100 تا 1000 بار درخشانتر از خورشیدند و بسیار سریع تکامل یافته اند.
ارگ(erg): واحد اندازه گیری انرژی انفجاری، در انفجار یک تن T.N.T، 1016 ارگ انرژی آزاد میشود و یک بمب اتمی 20 کیلوتنی، 1021 ارگ آزاد می کند.
برونمرکزی: نسبت قطر کوچک به قطر بزرگ در یک بیضی
پارسک(pc): فاصله ای که اختلاف منظر جسم اسمانی مانند ستاره، برابر یک ثانیهی قوسی دیده میشود. یک پاریک برابر 26/3 سال نوری است.
شرارهی خورشیدی: پدیدهی انفجاری کم عمر در سطح خورشید است.
قدر مطلق: روشنایی واقعی ستاره. قدر ظاهری ستاره هنگامی که ستاره در فاصلهی 10 پارسک (6/32 سال نوری) باشد.
کهکشان ها