انواع کهکشان‌ها: چرا کهکشان‌ها شکل‌های مختلفی دارند؟
ستاره‌شناسان تخمین زده‌اند که حدود ۲۰۰ میلیارد کهکشان در جهان قابل مشاهده وجود دارد. اما وقتی انواع دیگر کهکشان‌ها را در فیلم‌های علمی-تخیلی به تصویر می‌کشیم، می‌بینیم که شکل اولیه‌ای مانند کهکشان ما دارند {دیسکی‌شکل-م}. این نمونه‌ای از تعصبات انسان محور ما خواهد بود. در واقع, اگرچه بسیاری از آن‌ها شبیه کهکشان راه شیری هستند، برخی دیگر در فرم‌ها و اشکال متفاوتی هستند.
احتمالاً تصاویری از کهکشان خانگی ما {راه شیری} را دیده‌اید که در کلاس‌های علوم بی‌شماری به دیوار‌ها آویزان شده‌اند. اما شرط می‌بندیم نمی‌دانستید که آن پوستر‌ها به نسبت، ضخیم‌تر از یک جزء کلیدی خود کهکشان هستند.
درست است؛ راه شیری مانند یک تخم مرغ سرخ شده از یک برآمدگی مرکزی تشکیل شده است که توسط یک دیسک صاف و نازک احاطه شده است. و وقتی می‌گوییم دیسک “نازک”، منظور ما به طرز شگفت‌آوری نازک است. همانطور که جیلیان اسکادر (Jillian Scudder)، فیزیکدان و خبرنگار فوربس (Forbes) اشاره می‌کند، “دیسک” کهکشان راه شیری حدود ۱۰۰۰۰۰ سال نوری (سال نوری بر خلاف اسمش نشان‌دهنده فاصله و نه زمان است. این مقدار در اصل فاصله‌ای است که پرتو نور در یکسال طی می‌کند. اندازه یک سال نوری، برابر با 6 تریلیون مایل یا 9.46 تریلیون کیلومتر است- مترجم) طول دارد اما تنها حدود 0.۶ سال نوری ارتفاع دارد. این بدان معنی است که به نسبت، ۳۰ برابر نازکتر از یک ورق معمولی کاغذ چاپگر است {یعنی اگر کهکشان را در ابعاد یک کاغذ مثلاً A4 تصور کنیم این کاغذ ضخامتش باید 30 برابر نازکتر از کاغذهای معمولی A4 باشد-م}.
اما ما داریم از خودمان جلو می‌زنیم. قبل از اینکه بدانیم چرا کهکشان راه شیری خودمان منحصربفرد است، اجازه دهید یک قدم به عقب برگردیم و در مورد وجه اشتراک همه کهکشان‌ها صحبت کنیم.
کهکشان چیست؟
کهکشان‌ها سیستم‌های پیچیده‌ای هستند که توسط گرانش در کنار هم نگه داشته می‌شوند. آن‌ها از گاز‌ها، غبار ستاره‌ای و میلیون‌ها – گاهی حتی میلیارد‌ها – ستاره تشکیل شده‌اند که با سیارات و کمربند سیارک‌های خودشان همراه هستند.
از میان بیش از ۲۰۰ میلیارد کهکشان، بسیاری از آن‌ها شکل مارپیچی دارند (spiral galaxies) (مانند کهکشان راه شیری). چند نوع کهکشان دیگر وجود دارد، از جمله کهکشان‌های نامنظم (irregular galaxies)، کهکشان‌های بیضی شکل (elliptical galaxies) و کهکشان‌های عدسی شکل (lenticular galaxies). کهکشان‌های کوتوله (Dwarf galaxies) که کوچکتر هستند و ستاره‌های کمتری نسبت به کهکشان‌های مارپیچی و بیضوی دارند، اشکال و اندازه‌های مختلفی دارند.
چگونه کهکشان‌ها شکل خود را بدست می‌آورند؟
هر کهکشانی داستان منحصر به فردی برای گفتن دارد. تاریخچه هر کدام در شکل آن مشهود است. دانشمندان کهکشان‌ها را به چند دسته بر اساس ظاهر تقسیم می‌کنند. کهکشان راه شیری همان کهکشان مارپیچی است، به این معنی که شبیه یک دیسک پهن و مسطح با یک برآمدگی جزئی است که در مرکز آن به سمت خارج، بیرون‌زده است.
این آرایش، حاصل ضرب سرعت چرخش، زمان و گرانش است. برای کسب اطلاعات بیشتر، با اخترفیزیکدان دکتر راجا گوهاتاکورتا (Raja GuhaThakurta, Ph.D.)، استاد دانشگاه کالیفرنیا سانتا کروز (Santa Cruz) و یک مرجع در مطالعه چگونگی تکامل کهکشان‌ها صحبت کردیم. این حوزه‌ای است که بحث‌های زیادی را به دنبال دارد.
گوهاتاکورتا می‌گوید: «فیزیک چگونگی شکل‌گیری این چیز‌ها، کاملاً شناخته شده یا ثابت نیست.» با این وجود، به طور گسترده تصور می‌شود که اکثر کهکشان‌های مارپیچی زندگی خود را به صورت ابر‌های در حال چرخش از گاز و غبار آغاز می‌کنند. سرعت چرخش آن‌ها بسیار مهم است. به گفته گوهاتاکورتا ، ابر‌های عظیم که به سرعت در حال چرخش هستند، بیشتر به کهکشان‌های مارپیچی تبدیل می‌شوند.
جاذبه تلاش می‌کند تا این اجسام در حال چرخش و بی‌شکل را به سطوح مسطح بکشاند. با گذشت زمان، ابر‌ها به دلیل گرانش و از دست دادن انرژی در اثر اصطکاک منقبض می‌شوند. و به دلیل اصلی به نام پایستگی تکانه زاویه‌ای، هنگامی که یک جسم در حال چرخش منقبض می‌شود، با سرعت بیشتری می‌چرخد.
این را می‌توانید در پیست اسکیت محلی خود مشاهده کنید. اسکیت بازان با تجربه می‌دانند که میتوانند سرعت چرخش خود را با کشیدن بازوهای خود به سمت داخل افزایش دهند.
بنابراین، کهکشان‌های مارپیچی مانند یک حباب در حال چرخش خمیر پیتزا، زمانی تشکیل می‌شوند که ابر‌های گاز/غبار بی‌شکل با سرعت زیاد صاف می‌شوند. همین نیرو‌های فیزیکی بر ظاهر “بازوهای” نوک تیز که در اطراف لبه‌های این کهکشان‌ها دیده می‌شود نیز تأثیر می‌گذارد.
گوهاتاکورتا می‌گوید: «انواع بازوهای مارپیچی تقریباً به طور قطع با سرعت چرخش مرتبط هستند.» سیستم‌هایی که به سرعت می‌چرخند معمولاً حلقه‌ای از بازوهای کوچک و محکم دارند. در مقابل، آن‌هایی که آهسته‌تر حرکت می‌کنند، بلندتر و بطور آزادانه پیچیده‌تر هستند.
برای درک دلیل، گوهاتاکورتا توصیه می‌کند که یک آزمایش کوچک در خانه انجام دهید: “تصور کنید قهوه خود را هم بزنید. یک بسته خامه را در جایی غیر از مرکز قرار دهید. متوجه خواهید شد که خامه یک الگوی مارپیچی را تشکیل می‌دهد. ” سپس با قاشق هم بزنید. اگر این کار را سریع انجام دهید، بازوهای الگو، کوچکتر و سفت‌تر می‌شوند.
رمز و راز برآمدگی
خب، وقت آن است که یک جمع‌بندی سریع انجام دهیم. تا اینجا، در مورد اینکه کهکشان‌های مارپیچی چگونه رشد می‌کنند و چرخش، چگونه بازوهای آن‌ها را شکل می‌دهد صحبت کرده‌ایم. اما برخورد با آن برآمدگی‌هایی که قبلاً ذکر کردیم چیست؟ در مرکز کهکشان‌های مارپیچی، شما خوشه‌ای از ستاره‌های بسیار قدیمی را خواهید دید که حول یک نقطه مرکزی می‌چرخند. این برآمدگی (bulge) است.
در حالی که ستارگان بیرون دیسک در یک صفحه منظم و افقی حرکت می‌کنند، ستارگانی که برآمدگی را تشکیل می‌دهند مانند زنبور‌هایی عمل می‌کنند که به طور نامنظم در اطراف کندو ازدحام می‌کنند. ستاره‌شناسان هنوز در تلاشند تا چگونگی شکل‌گیری این برآمدگی‌ها را دریابند. برخی حدس می‌زنند که آن‌ها قبل از اینکه بقیه یک کهکشان مارپیچی تشکیل شکل می‌گیرند، در حالی که برخی دیگر فکر می‌کنند برعکس این موضوع صادق است.
حالا کهکشانی را تصور کنید که تماماً برآمده است. این چیز بدون دیسک خواهد بود و یا شبیه یک کره گرد و غول‌پیکر است یا یک توپ فوتبال آمریکایی عظیم. در داخل، ستاره‌های آن در تمام جهات به دور نقطه مرکزی کهکشان می‌چرخند. تبریک می‌گویم، شما به تازگی یک کهکشان بیضوی را تصویر کرده‌اید.
توجه به این نکته ضروری است که برخی از کهکشان‌ها نه مارپیچی هستند و نه بیضوی. کهکشان‌های به اصطلاح نامنظم فاقد برآمدگی هستند و میتوانند شکل‌های متنوعی داشته باشند.
برخورد کهکشان‌ها
دانشمندان برخی از ادغام‌های کهکشانی را مشاهده کرده‌اند که در حال حاضر در حال انجام است. شاید روزی آن‌ها درست شبیه بیضوی‌ها، بطور خوبی گرد و شکیل به نظر برسند، اما در حال حاضر، این اتحادهای در حال توسعه، آشفته و مخدوش به نظر می‌رسند.
همچنین چند نمونه مستند از کهکشان‌های مارپیچی بزرگ وجود دارد که کهکشان‌های کوچکتر را که خیلی نزدیک شده‌اند، همنوع‌خواری می‌کنند و قربانی به آرامی و ذره ذره بلعیده می‌شود. کارشناسان پیش‌بینی می‌کنند که کهکشان راه شیری ما در نهایت با کهکشان آندرومدا در نزدیکی آن برخورد خواهد کرد، فرآیندی که این دو کهکشان مارپیچی را به یک کهکشان بیضوی تبدیل می‌سازد.
این فرآیند باید حدود ۳ میلیارد سال بعد شروع شود و در ۴ میلیارد سال دیگر از آن زمان به پایان برسد. بدیهی است که این چیزی نیست که هیچ یک از ما برای دیدن آن زنده باشیم. اما صرف نظر از این، دانشمندان قبلاً نامی برای این کهکشان بیضوی آینده پیدا کرده‌اند: آن‌ها آن را “میلکومدا” می‌نامند (Milkomeda). همه عاشق یک پورمانتئو (portmanteau- به معنای یک واژه یا عبارت جدیدی است که از ادغام دو واژه یا بیشتر با هم به وجود آمده است- مترجم) خوب هستند.
کهکشان‌های مارپیچی
یک کهکشان مارپیچی، مانند کهکشان خودمان، دارای یک برآمدگی مرکزی (central bulge) و بازو‌هایی (arms) است که به سمت بیرون مارپیچی می‌شوند. ستارگان، گاز و گرد و غبار، این بازو‌ها را تشکیل می‌دهند و ظاهری متمایز شبیه فرفره ایجاد می‌کنند. از آنجایی که کهکشان‌های مارپیچی در اندازه‌ها و شکل‌های متفاوتی هستند، برخی بازوهای مارپیچی محکم‌تر و برخی دیگر بازوهای گشادتری دارند.
اکثر کهکشان‌ها، مارپیچی هستند و در این دسته، کهکشان‌های مارپیچی میله‌ای (barred spiral galaxies)، تکرارشونده‌ترین زیرگروه‌ها هستند. یک کهکشان مارپیچی میله‌ای دارای ساختار میله‌ای شکل مرکزی است که از ستاره‌ها، گاز و غبار تشکیل شده و از هسته کهکشان بیرون می‌آید. دانشمندان فرض می‌کنند که وجود میله، نشان می‌دهد که یک کهکشان کاملاً بالغ است.
کهکشان‌های بیضوی
یک کهکشان بیضوی – که شکلی صاف، بیضوی یا کروی دارد – ویژگی‌های مشخصی مانند بازو‌ها یا دیسک‌ها ندارد. این دسته از کهکشان‌ها که از ستارگان قدیمی‌تر تشکیل شده‌اند، معمولاً حاوی گاز و غبار بین‌ستاره‌ای نسبتاً کمی هستند. محققان بر این باورند که یک کهکشان بیضوی می‌تواند نتیجه برخورد کهکشان‌ها باشد.
کهکشان‌های بیضوی غول‌پیکر (Giant elliptical galaxies)، زیرمجموعه‌ای از کهکشان‌های بیضوی، از بزرگترین و درخشان‌ترین کهکشان‌ها هستند و اغلب در مرکز یک خوشه کهکشانی (galaxy cluster) قرار دارند (خوشه کهکشانی: مجموعه‌ای از کهکشان‌ها که با جاذبه گرانشی متقابلشان کنار هم قرار گرفته‌اند).
کهکشان‌های عدسی‌شکل
ترکیبی از کهکشان‌های مارپیچی و بیضوی، کهکشان‌های عدسی‌شکل دارای یک برآمدگی مرکزی، ستارگان مسن‌تر و ساختاری تخت و قرص‌مانند هستند. آن‌ها بازوهای مارپیچی کاملاً مشخصی ندارند. برخی تئوری‌ها معتقدند که این کهکشان‌ها بازو ندارند زیرا از قبل محو شده‌اند. نظریه دیگری می‌گوید که کهکشان‌های عدسی شکل از ادغام کهکشان‌های مارپیچی به وجود آمده‌اند.
کهکشان‌های نامنظم
همانطور که از نام آن پیداست، یک کهکشان نامنظم، شکل یا ساختار متقارن و مشخصی ندارد. این شکل ممکن است به دلیل برخورد کهکشان‌ها یا کشش گرانشی کهکشان دیگری باشد. آن‌ها الگوی خاصی از ستاره‌ها، گاز و غبار ندارند. آن‌ها میتوانند ترکیبی از ستاره‌های پیر و جوان داشته باشند.
حالا این جالب است!
کلمه “کهکشان” از کلمه یونانی “gala” گرفته شده است که به معنای “شیر” است – مانند “راه شیری”. کهکشان ما دارای یک نوار درخشان از ستاره است که به وضوح در آسمان شب قابل مشاهده است. از نظر منجمان باستان، این کهکشان، مانند یک شیر ریخته شده به نظر می‌رسید.
