"کهکشان‌ها" نگین‌های انگشتری کیهان

چند نوع کهکشان در کیهان وجود دارد؟ کهکشان میزبان ما یعنی کهکشان "راه شیری" از کدام نوع از کهکشان‌ها است؟ در این گزارش به این سوالات پاسخ می‌دهیم و گشتی در دنیای کهکشان‌ها می‌زنیم.

کد خبر: ۴۲۴۵۴۵

تاریخ: ۰۹ ارديبهشت ۱۴۰۱ - ۱۳:۳۳

به گزارش ایران اکونومیست، در ابتدا به تعریف واژه کهکشان می‌پردازیم. یک کهکشان به گروهی از اجرام نجومی گفته می‌شود که با نیروی گرانش در کنار هم قرار گرفته‌اند.

سیاره‌ها و قمرهای آنها، دنباله‌دارها و سیارک‌ها، ستارگان و بقایای ستاره‌ها مانند ستاره‌های نوترونی یا کوتوله‌های سفید، گازهای میان‌ستاره‌ای بین آنها، غبار کیهانی و پرتوهای کیهانی، ماده تاریک و غیره را در نظر بگیرید. همه این موارد توسط نیروی گرانش که آنها را به سمت یکدیگر جذب می‌کند تا یک سامانه واحد تشکیل دهند، در کنار هم قرار دارند که به این سامانه، "کهکشان" می‌گویند.

جهان مملو از کهکشان است. دانشمندان به لطف داده‌های جمع آوری شده توسط تلسکوپ‌ها و کاوشگرهای فضایی میان‌سیاره‌ای، مانند تلسکوپ فضایی "هابل" متعلق به ناسا و فضاپیمای "نیوهورایزن" ناسا، تعداد متفاوتی از کهکشان‌ها را تخمین زده‌اند. آخرین تخمین دانشمندان در سال ۲۰۲۰ رقم خورده است که در آن محاسبه کردند که حدود دو تریلیون کهکشان در جهان قابل مشاهده وجود دارد.

همانطور که می‌توانید تصور کنید، همه این کهکشان‌ها ویژگی‌های یکسانی ندارند و قطعاً یکسان به نظر نمی‌رسند. اخترشناسان چندین نوع کهکشان را بر اساس ظاهر بصری آنها در یک سامانه شناسایی کرده‌اند. این سامانه‌ی طبقه‌بندی مورفولوژیکی کهکشان‌ها که به "توالی هابل" یا "چنگال تنظیم هابل" معروف است، توسط "ادوین هابل" ستاره‌شناس آمریکایی در سال ۱۹۲۶ اختراع شد و بخش مهمی از مطالعه تکامل کهکشان‌ها است.

این سامانه، کهکشان‌ها را بر اساس شکل آنها به چند دسته تقسیم می‌کند که تقریباً به کهکشان‌های بیضوی و کهکشان‌های مارپیچی تقسیم می‌شود. "هابل" به کهکشان‌های بیضوی اعداد از صفر تا ۷ داد که طبق آن، کهکشان‌های E۰ شکلی تقریبا گرد و کهکشان‌های E۷ شکلی بسیار کشیده و بیضوی دارند.

به کهکشان‌های مارپیچی حروفی از "a" تا "c" داده شد که در آن کهکشان‌های "Sa" محکم‌تر و متراکم‌تر هستند و کهکشان‌های "Sc" با پیچشی کمتر و کم‌تراکم‌تر ظاهر می‌شوند.

کهکشان‌های مارپیچی بیشتر به مارپیچی‌های معمولی و مارپیچی‌های میله‌ای که دارای علامت B هستند، با مارپیچی‌های میله‌ای حاوی نواری از ستاره‌ها که از برآمدگی مرکزی آن عبور می‌کنند، تقسیم شده‌اند.

کهکشان‌های عدسی شکل که S۰ نامیده می‌شوند، حالت انتقالی بین کهکشان‌های بیضوی و کهکشان‌های مارپیچی را نشان می‌دهند.

"هابل" همچنین دریافت که برخی از کهکشان‌ها در این سامانه طبقه‌بندی نمی‌گنجند. آنها اشکال عجیب و غریبی داشتند، مثلا بسیار کوچک یا بسیار بزرگ بودند و تفاوت‌های ظاهری قابل توجهی با کهکشان‌های رایج داشتند. وی این کهکشان‌ها را "کهکشان‌های نامنظم" نامید.

سیستم نام‌گذاری و طبقه‌بندی هابل بعدها توسط "جرارد دو واکولورز"(Gérard de Vaucouleurs) گسترش یافت. وی استدلال کرد که اشکال حلقه‌ای و عدسی‌شکل کهکشان‌ها نیز اجزای ساختاری مهمی در کهکشان‌های مارپیچی هستند.

سامانه طبقه‌بندی "جرارد دو واکولورز" تقسیم‌بندی پایه کهکشان‌ها توسط "هابل" را حفظ می‌کند، اما سامانه طبقه‌بندی پیچیده‌تری را برای کهکشان‌های مارپیچی بر اساس وجود انواع میله‌ها، حلقه‌ها و بازوهای مارپیچی در آنها معرفی می‌کند.

کهکشان بیضوی

کهکشان‌های بیضوی فراوان‌ترین کهکشان‌ها هستند. آنها شکل کروی یا بیضوی دارند و خیلی فعال نیستند، زیرا گاز و غبار کیهانی زیادی برای تشکیل ستاره‌های جدید ندارند. در نتیجه، کهکشان‌های بیضوی عمدتاً از ستاره‌های قدیمی با جرم کم ساخته شده‌اند و به روشنی و درخشش دیگر انواع کهکشان‌ها نیستند.

کهکشان‌های بیضوی گاز و غبار کمتری نسبت به کهکشان‌های مارپیچی دارند که به این معنی است که ستاره‌های کمتری در آنها متولد می‌شوند و ستاره‌های موجود در آنها پیرتر هستند و نور قرمز بیشتری از خود ساطع می‌کنند.

اما آنها در مرکز خود، یعنی جایی که چگالی ستاره‌ها در آن بیشتر است و به احتمال زیاد سیاه‌چاله‌ای بسیار پرجرم در آنجا وجود دارد، درخشان‌تر هستند. احتمالاً این سیاه‌چاله نیروی گرانشی لازم برای کهکشان‌های بیضوی را برای کنار هم نگه داشتن کل کهکشان تأمین می‌کند.

کهکشان‌های بیضوی تقریباً یک سوم کل کهکشان‌های شناخته شده و بین ۱۰ تا ۲۷ درصد کهکشان‌های "ابرخوشه سنبله" را تشکیل می‌دهند که یک تجمع جرمی از کهکشان‌ها شامل خوشه دوشیزه و خوشه کهکشانی محلی(گروه محلی) است که کهکشان راه شیری و کهکشان آندرومدا که یکی از نزدیکترین کهکشان‌های همسایه ماست نیز در آن واقع است.

برای کهکشان‌های بیضوی بر اساس اندازه آنها، دو نوع فرعی وجود دارد:

کهکشان‌های بیضوی غول‌پیکر می‌توانند تا یک تریلیون ستاره را در خود جای دهند و دو میلیون سال نوری وسعت داشته باشند، به این معنی که برای عبور از آنها باید یک میلیون سال را با سرعت نور طی کنید. ستاره‌شناسان بر این باورند که کهکشان‌های بیضوی غول پیکر از ادغام یا برخورد با دیگر کهکشان‌های بیضوی شکل می‌گیرند.

بر اساس مطالعه‌ای که توسط "دانیل ویتمایر" اخترفیزیکدان انجام شد، کهکشان‌های بیضوی غول‌پیکر، زمانی فشرده‌تر بوده‌اند. در این مرحله، آنها ممکن است دوزهای کشنده‌ای تشعشع را به سیارات جوان درون خود ساطع کرده باشند. بنابراین "ویتمایر" این نظریه را مطرح می‌کند که کهکشان‌های بیضوی غول‌پیکر به احتمال فراوان دارای سیارات بالقوه قابل سکونت درون خود نیستند.

کهکشان‌های بیضوی کوتوله اما بسیار کوچک‌تر از کهکشان‌های بیضوی معمولی هستند. آنها به طور کلی حاوی گاز بسیار کمی هستند و شواهد کمی از شکل‌گیری ستاره‌های جوان دارند. با این حال، کهکشان‌های بیضوی کوتوله رایج‌تر از کهکشان‌های بیضوی غول‌پیکر هستند.

یکی از شناخته شده‌ترین کهکشان‌های بیضوی کوتوله، کهکشان بیضوی کوتوله کمان(Sagittarius) است که حدود ۱۰ هزار سال نوری وسعت دارد و یک کهکشان ماهواره‌ای است که در فاصله ۵۰ هزار سال نوری از مرکز کهکشان راه شیری در فاصله حدود ۷۰ هزار سال نوری از زمین می‌چرخد.

کهکشان مارپیچی

تصور می‌شود که کهکشان‌های مارپیچی تکرار شونده‌ترین کهکشان‌ها در جهان ما هستند و تخمین زده می‌شود که حدود ۶۰ درصد از تمامی کهکشان‌ها، کهکشان‌های مارپیچی هستند.

همانطور که از نام آنها مشخص است، این کهکشان‌ها، مارپیچی شکل هستند. آنها از یک صفحه چرخان تخت از ستارگان، غبار کیهانی و گاز میان‌ستاره‌ای تشکیل شده‌اند که به دور یک برآمدگی مرکزی تشکیل شده از ستاره‌های قدیمی‌تر و کم‌نورتر می‌چرخد. اعتقاد بر این است که این برآمدگی حاوی یک ابرسیاه‌چاله است.

قرص ستارگانی که به دور آن برآمدگی می‌چرخند به شکل بازوهایی که دور کهکشان می‌چرخند، جدا می‌شوند. این بازوهای مارپیچی حاوی انبوهی از گاز و غبار و ستارگان جوان‌تر هستند که قبل از مرگِ اغلب سریع‌شان به خوبی می‌درخشند.

این برآمدگی توسط هاله‌ای کهکشانی ساخته شده از ستاره‌های قدیمی‌تر و کم نورتر احاطه شده است که از طریق چندین خوشه کروی(گروه‌های کروی از ستارگان) پخش شده‌اند.

هنوز به طور کامل درک نشده است که چه فرآیندی این بازوهای مارپیچی را ایجاد و حفظ می‌کند. این کهکشان‌ها به شکل متفاوتی می‌چرخند و همه چیز با سرعت یکسانی به دور آن می‌چرخد، بنابراین زمان لازم برای تکمیل یک چرخش کامل، هرچه از مرکز کهکشان فاصله بگیرید، افزایش می‌یابد. این چرخش دیفرانسیلی همچنین باعث می‌شود که هرگونه اختلال در دیسک به شکل مارپیچی تبدیل شود. اگر این تنها فرآیندی بود که در ایجاد مارپیچ دخیل بود، احتمالاً کهکشان‌هایی با تعداد زیادی بازوهای مارپیچی محکم پیچیده شده می‌دیدیم، اما اغلب کهکشان‌های مارپیچی بین دو تا چهار بازوی اصلی دارند.

محققان بر این باورند که شکل مارپیچی این کهکشان‌ها نیز تحت تأثیر امواج چگالی قرار می‌گیرد که از طریق دیسک حرکت می‌کند و باعث می‌شود ستاره‌ها و گازها در تاج آن انباشته شوند.

کهکشان ما یعنی کهکشان راه شیری دارای چهار بازوی مارپیچی است که دو بازوی اصلی آن به نام‌های "سپر-قنطورس"(Scutum-Centaurus) و "برساووش"(Perseus) و دو بازوی کوچک و فرعی به نام‌های "گونیا"(Norma) و "کمان"(Sagittarius) هستند.

راه شیری همچنین دارای تعدادی شاخه است که از قطعات بازوهای اصلی ساخته شده است. خورشید در یکی از این شاخه‌های بازوی کمان به نام "Orion Spur" قرار دارد.

کهکشان مارپیچی میله‌ای

کهکشان‌های مارپیچی میله‌ای، نوعی از کهکشان‌های مارپیچی هستند که در مرکز آن ساختار میله‌مانندی از ستاره‌های درخشان و جوان وجود دارد. دو سوم تمام کهکشان مارپیچی از نوع مارپیچی میله‌ای و بقیه کهکشان مارپیچی بدون میله هستند.

بر اساس مطالعه‌ای در سال ۲۰۰۸ توسط ناسا انجام شد، این میله‌ها زمانی شکل می‌گیرند که مدارهای ستاره‌ای در یک کهکشان مارپیچی پس از یک فرآیند بی‌ثباتی که معمولاً با سن و تکامل کهکشان مرتبط است، از مسیر خود منحرف می‌شوند.

ستاره‌های منجرف شده در مارپیچ‌ها شروع به در پیش گرفتن مداری کشیده‌تر می‌کنند که مرکز کهکشان را امتداد می‌دهد. بنابراین مانند یک میله‌ی کشیده به نظر می‌رسد. این ساختار میله‌ای، جریان گاز میان‌ستاره‌ای را به سمت مرکز کهکشان مارپیچی هدایت می‌کند که به شکل‌گیری ستاره‌ها کمک می‌کند.

تقریباً نیمی از کهکشان‌های مارپیچی شناخته شده دارای میله هستند. در واقع کهکشان راه شیری به شکل رسمی به عنوان یک کهکشان مارپیچی میله‌ای طبقه‌بندی می‌شود.

کهکشان عدسی

کهکشان‌های عدسی اغلب با کهکشان‌های بیضوی و مارپیچی مشترک هستند. این کهکشان‌ها در واقع دیسکی هستند، ولی به علت زیاد بودن غبار میان‌ستاره‌ای، شکل عدسی به خود گرفته و البته زایش ستارگان در این دسته کهکشان‌ها زیاد است.

از این جهت به آنها لقب "عدسی" می‌دهند که دارای یک برآمدگی کهکشانی و یک قرص صاف در اطراف خود هستند. با این حال، آنها بازوهای مارپیچی یا حداقل بازوهای مارپیچیِ کاملاً مشخصی ندارند. بنابراین، آنها به شکل مارپیچی به نظر نمی‌رسند.

شکل‌گیری کهکشان‌های عدسی به خوبی درک نشده است. یک نظریه این است که کهکشان‌های عدسی قبلاً کهکشان‌های مارپیچی بوده‌اند که پیر شده‌اند و بیشتر گاز و غبار کیهانی خود را مصرف کرده‌اند. در واقع، کهکشان‌های عدسی شکل، تعداد مهمی از ستاره‌های جدید تولید نمی‌کنند، زیرا برای انجام این کار، ماده کافی ندارند و ماده آنها تمام شده است. در نتیجه، آنها عمدتاً از ستاره‌های قدیمی مانند کهکشان‌های بیضوی ساخته شده‌اند.

یکی دیگر از نظریه‌های برجسته در این مورد این است که کهکشان‌های عدسی زمانی تشکیل می‌شوند که دو کهکشان مارپیچی با هم برخورد کنند.

کهکشان نامنظم

کهکشان‌های نامنظم به این دلیل به این اسم نامیده می‌شوند که شکل منظم مشخصی ندارند و بنابراین در هیچ یک از دسته‌های "ادوین هابل" قرار نمی‌گیرند.

آنها فاقد بازوهای مارپیچی و برآمدگی کهکشانی در هسته خود هستند و در مجموع، ظاهر بسیار آشفته‌ای دارند. برخی از ستاره‌شناسان بر این باورند که کهکشان‌های نامنظم در اصل کهکشان‌های بیضوی یا مارپیچی بوده‌اند که به دلیل ادغام و یا برهم‌کنش با کهکشان‌های دیگر دچار تغییرات ساختاری شده‌اند.

این نظریه همان چیزی که در مورد "ابرهای ماژلانی" صدق می‌کند؛ دو کهکشان کوتوله نامنظم که به دور کهکشان راه شیری می‌چرخند و احتمالاً تحت تأثیر نیروی گرانشی آن قرار گرفته‌اند که آنها را به شکل نامنظم فعلی خود درآورده است.

به نظر می‌رسد بسیاری از کهکشان‌های نامنظم مسن‌تر از کهکشان‌های مارپیچی، اما جوان‌تر از کهکشان‌های بیضوی هستند که برخی از ستاره‌شناسان را به این فرضیه می‌رساند که کهکشان‌های نامنظم ممکن است در مرحله "میانی" یا "میانسالی" باشند.

کهکشان‌های نامنظم را می‌توان به‌عنوان "نامنظم ۱" که دارای نوعی ساختار هستند، اما این ساختار به اندازه‌ای منظم نیست که به عنوان نوع دیگری از کهکشان‌ها طبقه‌بندی شوند و "نامنظم ۲" که اصلاً ساختار قابل تشخیصی ندارند، طبقه‌بندی کرد. البته کهکشان‌های "کوتوله نامنظم" نیز وجود دارند.

کهکشان‌های نامنظم اغلب کوچک هستند و می‌توانند حاوی گاز و غبار کیهانی و همچنین ستاره‌های پیر و جوان باشند.

کهکشان عجیب

کهکشان‌های عجیب و غریب آنهایی هستند که در هیچ دسته دیگری از سامانه طبقه‌بندی هابل قرار نمی‌گیرند، زیرا از نظر شکل، اندازه یا ترکیب، غیرعادی هستند.

یک کهکشان عجیب و غریب، کهکشانی با اندازه، شکل یا ترکیب غیرعادی است و بین پنج تا ۱۰ درصد از کهکشان‌های شناخته شده در این دسته قرار می‌گیرند.

اعتقاد بر این است که آنها از برخورد دو یا چند کهکشان تشکیل شده‌اند که نیروهای گرانشی آنها دائماً با یکدیگر در تعامل هستند. به همین دلیل است که بسیاری از کهکشان‌های عجیب را می‌توان "کهکشان‌های تعاملی" نامید. همچنین به همین دلیل است که آنها دارای اشکال بسیار غیرعادی، سرعت بالای تشکیل ستارگان و بیش از یک هسته مرکزی فعال هستند.

شاید برخی از معروف‌ترین کهکشان‌های عجیب، کهکشان‌های "دوشاخک"(Antennae) باشند که در صورت فلکی کلاغ(Corvus) با یکدیگر تعامل دارند و انتظار می‌رود که در حدود ۴۰۰ میلیون سال آینده کاملاً با هم برخورد کنند و به یک کهکشان تبدیل شوند.