کهکشان: جهانهای جزیرهای در پهنهٔ کیهان
ساختمان و اجزای تشکیلدهندهی یک کهکشان
یک کهکشان مانند یک شهر غولپیکر کیهانی است. اما به جای ساختمانها و خیابانها، از اجرام آسمانی مختلفی ساخته شده است. تصور کنید یک جزیرهی عظیم در اقیانوس بیکران فضا. اصلیترین ساکنان این جزیره عبارتند از:
| اجزا | توضیح | مثال |
|---|---|---|
| ستارگان | کورههای عظیم هستهای که نور و گرما تولید میکنند. خورشید ما یک ستارهی معمولی در کهکشان است. | خورشید، ستارهٔ قطبی، شباهنگ5 |
| سحابیها (Nebulae) | ابرهای عظیم از گاز (عمدتاً هیدروژن) و غبار کیهانی. زایشگاه ستارگان جدید هستند. | سحابی جبار6، زایشگاه ستارهای شناخته شده. |
| سیارات و سامانههای ستارهای | اجرامی که حول ستارگان میچرخند. سامانهٔ خورشیدی ما یک مثال کوچک است. | زمین، مریخ، مشتری و سایر سیارات منظومهٔ شمسی. |
| سیاهچالهها (Black Holes) | نواحی با گرانش چنان شدید که حتی نور نمیتواند از آن بگریزد. اغلب در قلب کهکشانها یافت میشوند. | *قوس A7، سیاهچاله ابرپرجرم مرکز راهشیری. |
| ماده تاریک (Dark Matter) | مادهای مرموز و نامرئی که نوری از خود ساطع نمیکند اما از روی اثر گرانشی آن بر ستارگان شناسایی میشود. چسب کهکشان است! | هالهای نامرئی که کهکشان راهشیری را احاطه کرده است. |
تمام این اجزا توسط نیروی گرانش در کنار یکدیگر نگه داشته شدهاند. یک فرمول ساده برای درک گرانش، قانون جهانی گرانش نیوتن است: $F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}$. در این فرمول، F نیروی گرانش، G ثابت گرانش، m جرم دو جسم و r فاصله بین آنهاست. گرانش همان نیرویی است که ستارگان را در مدارهای کهکشانی نگه میدارد.
طبقهبندی اصلی کهکشانها: سه شکل کلاسیک
کهکشانها بر اساس شکل ظاهری خود به سه دستهٔ اصلی تقسیم میشوند. این طبقهبندی را ادوین هابل ارائه داد.
۱. کهکشانهای مارپیچی (Spiral): مانند یک فرفرهی غولپیکر. یک برآمدگی مرکزی روشن (هسته) و بازوهای مارپیچی که از آن خارج شدهاند. کهکشان ما، راهشیری، یک کهکشان مارپیچی میلهای است؛ یعنی در مرکز آن یک میله از ستارگان وجود دارد و بازوها از دو سر این میله خارج میشوند. حدود 60% کهکشانهای قابل مشاهده از این نوع هستند.
۲. کهکشانهای بیضوی (Elliptical): شکلی گرد یا بیضیشکل دارند. مانند یک توپ فوتبال آمریکایی کیهانی! ستارگان در آنها عمدتاً پیر هستند و غبار و گاز کمی برای تشکیل ستارگان جدید دارند. میتوانند از کهکشانهای کوتوله تا غولهای عظیم متفاوت باشند. حدود 20% کهکشانها از این نوعند.
۳. کهکشانهای نامنظم (Irregular): هیچ شکل مشخص مارپیچی یا بیضوی ندارند. اغلب به دلیل برهمکنش گرانشی با کهکشانهای دیگر، شکل خود را از دست دادهاند. پر از گاز و غبار و محل فعالیت شدید ستارهزایی هستند. حدود 20% کهکشانها را تشکیل میدهند.
کهکشان راهشیری: خانه کیهانی ما
ما ساکن یکی از بازوهای بیرونی یک کهکشان مارپیچی به نام کهکشان راهشیری هستیم. نام آن از نوار شیریرنگی گرفته شده که در آسمان شب دیده میشود و در حقیقت نور جمعشدهٔ میلیاردها ستاره در صفحهٔ کهکشان است.
| ویژگی | مقدار تخمینی | توضیح |
|---|---|---|
| تعداد ستارگان | ۱۰۰ تا ۴۰۰ میلیارد | شمارش دقیق ستارگان غیرممکن است، این یک برآورد است. |
| قطر | ۱۰۰٬۰۰۰ تا ۲۰۰٬۰۰۰ سال نوری | یک سال نوری مسافتی است که نور در یک سال طی میکند (~۹.۵ تریلیون کیلومتر). |
| سن | ~۱۳.۶ میلیارد سال | نزدیک به سن خود جهان (~۱۳.۸ میلیارد سال). |
| سیاهچاله مرکزی | *قوس A | سیاهچالهای با جرم ۴ میلیون برابر خورشید ما. |
برهمکنش و ادغام کهکشانها: رقص کیهانی
کهکشانها در فضای خالی شناور نیستند؛ آنها در خوشهها و گروهها قرار دارند و تحت تأثیر گرانش یکدیگرند. وقتی دو کهکشان به هم نزدیک میشوند، ممکن است یک رقص گرانشی زیبا را آغاز کنند که طی میلیونها سال میتواند به ادغام کامل آنها بینجامد. برای مثال، کهکشان آندرومدا9 (همسایهٔ بزرگ ما) با سرعتی حدود 110 کیلومتر بر ثانیه به سمت راهشیری در حرکت است و پیشبینی میشود حدود ۴.۵ میلیارد سال دیگر با کهکشان ما برخورد و ادغام شود. نتیجهٔ این ادغام احتمالاً یک کهکشان بیضوی بزرگ خواهد بود.
رصد کهکشانها: از چشم غیرمسلح تا تلسکوپ فضایی
مشاهدهٔ کهکشانها یک مثال عالی از پیشرفت فناوری است. با چشم غیرمسلح فقط میتوانیم سه کهکشان را ببینیم: راهشیری (به صورت نوار شیری)، کهکشان آندرومدا (لکهای مهآلود در آسمان) و ابرهای ماژلان10 (در نیمکره جنوبی). اما با اختراع تلسکوپ، دنیای جدیدی گشوده شد. امروزه تلسکوپهای فضایی مانند هابل و جیمز وب تصاویر شگفتانگیزی از کهکشانهای دوردست ثبت میکنند و به ما اجازه میدهند به گذشته نگاه کنیم! چون نور با سرعت محدودی سفر میکند، نگاه کردن به کهکشانهای دوردست در واقع مشاهدهی حالتی از آنها در میلیاردها سال پیش است.
سرعت نور یک ثابت جهانی و بسیار مهم است: $c \approx 3 \times 10^8 \ \text{m/s}$. این سرعت معادلهٔ معروف اینشتین را هم توضیح میدهد: $E = mc^2$ که انرژی سکون یک جسم را نشان میدهد.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر. این یک اشتباه رایج است. منظومه شمسی سامانهای متشکل از خورشید و سیارات و اجرامی است که به دور آن میگردند. کهکشان راهشیری اما مجموعهای عظیم از حدود صدها میلیارد ستاره است که خورشید تنها یکی از آنهاست. منظومه شمسی مانند یک خانه در یک محله است و کهکشان مانند کل شهر!
پاسخ: چون ما داخل صفحهٔ مسطح کهکشان مارپیچی قرار داریم. وقتی به آسمان نگاه میکنیم، در راستای این صفحه به میلیاردها ستارهای نگاه میکنیم که در فاصلههای مختلف از ما قرار دارند و نور مجموع آنها به صورت یک نوار شیری رنگ و پهن دیده میشود. مانند این است که در وسط یک جنگل انبوه بایستید و در همه جهت درخت ببینید.
پاسخ: ماده تاریک یکی از بزرگترین معماهای اخترفیزیک است. ما وجود آن را نه از روی نور، بلکه از روی اثر گرانش قوی آن بر روی ستارگان و کهکشانها حدس میزنیم. به نظر میرسد کهکشانها جرم بسیار بیشتری از مجموع جرم ستارگان و گازهای مرئی خود دارند. این جرم گمشده، همان ماده تاریک است که با ماده معمولی برهمکنش نوری ندارد (نه نور میتاباند، نه نور را جذب یا بازتاب میدهد).
پاورقی
1 کهکشان (Galaxy): از ریشه یونانی کهکشانها به معنای «شیری».
2 سحابی (Nebula): ابر عظیمی از گاز و غبار در فضای بین ستارهای.
3 سیاهچاله (Black Hole): ناحیهای از فضا-زمان با گرانشی چنان شدید که هیچ چیز نمیتواند از آن بگریزد.
4 ماده تاریک (Dark Matter): نوع ناشناختهای از ماده که تنها از اثرات گرانشی آن شناسایی میشود.
5 شباهنگ (Sirius): درخشانترین ستاره آسمان شب از دید ناظر زمینی.
6 سحابی جبار (Orion Nebula): یک سحابی نشری-بازتابی در صورت فلکی شکارچی.
7 *قوس A (Sagittarius A*): منبع قوی امواج رادیویی در مرکز کهکشان راهشیری، محل سیاهچاله ابرپرجرم.
8 چنگال تونینگ (Hubble Tuning Fork): نمودار طبقهبندی کهکشانهای هابل.
9 آندرومدا (Andromeda Galaxy): کهکشانی مارپیچی در فاصلهٔ حدود ۲.۵ میلیون سال نوری از زمین.
10 ابرهای ماژلان (Magellanic Clouds): دو کهکشان نامنظم کوتوله که قمرهای کهکشان راهشیری هستند.
