كهكشان ها
کهکشان مجموعه ايست از ستارگان، غبار و گاز که توسط گرانش در کنار يکديگر قرار گرفته اند.
منظومه شمسي ما در کهکشاني به نام راه شيري قرار گرفته است. دانشمندان تخمين مي زنند که بيش از 100 بيليون کهکشان در فضاي مرئي کائنات پراکنده شده اند. ستاره شناسان به کمک تلسکوپ از ميليونها کهکشان تصوير گرفته اند. دورترين کهکشانهايي که تا کنون عکس آنها تهيه شده است، در فاصله 10 تا 13 بيليون سال نوري (توضيح اينكه سال نوري واحد اندازه گيري مسافت است و نه زمان. وتعريف آن اين است: مقدار مسافتي را كه نور در مدت يك سال با سرعت 300.000 كيلومتر بر ثانيه مي پيمايد) از ما قرار گرفته اند. قطر کهکشانها از چند هزار تا نيم ميليون سال نوريست. کهکشانهاي کوچکتر کمتر از يک بيليون ستاره دارند اما کهکشانهاي بزرگ داراي بيش از يک تريليون ستاره هستند. قطر کهکشان راه شيري حدود 100.000 هزار سال نوريست. منظومه شمسي در فاصله 25.000 سال نوري از مرکز کهکشان قرار گرفته است. حدود 100 بيليون ستاره در اين کهکشان وجود دارد.
تنها 3 کهکشان خارج از منظومه شمسي، از روي زمين با چشم غير مسلح قابل رويت است. مردم نيمکره شمالي مي توانند کهکشان آندرومدا که 2 ميليون سال نوري دورتر از ما قرار دارد را ببينند و مردم نيمکره جنوبي ابر ماژلاني بزرگ در فاصله 160.000 سال نوري و ابر ماژلاني کوچک در فاصله 180.000 سال نوري را مي بينند.
خوشه هاي کهکشاني
کهکشانها به طور نامنظم در فضا توزيع شده اند. بعضي از آنها هيچ همسايه اي ندارند و بعضي به صورت جفت بوده و حول يکديگر در گردشند. البته بيشتر آنها در گروه هايي به نام خوشه تجمع کرده اند. يک خوشه ممکن است از ده ها تا چندين هزار کهکشان را در بر گيرد. يک خوشه مي تواند قطري به بزرگي 10 ميليون سال نوري داشته باشد.
خوشه ها نيز به نوبه خود در گروه هايي قرار گرفته اند که ابر خوشه ناميده مي شوند. در مقياس بزرگ همه کهشکشانها در شبکه اي از رشته هاي ميله اي کهکشاني که با يکديگر در ارتباطند، قرار گرفته اند. فضاي اطراف آنها را فضايي نسبتا خالي پر کرده است. يکي از بزرگترين ساختارهاي کهکشاني که تا به حال نقشه برداري شده است، ديوار بزرگ نام دارد. اين ساختار بيش از 500 ميليون سال نوري طول و 200 ميليون سال نوري عرض دارد.
شکل کهکشانها
ستاره شناسان بيشتر کهکشانها را بر اساس شکل آنها در دو دسته مارپيچ و بيضي طبقه بندي مي کنند.
1- کهکشان مارپيچ ظاهري مانند ديسک با مرکزي متورم دارد. اين ديسک شبيه به فرفره، بازوهاي مارپيچ درخشاني دارد که از مرکز آن بيرون زده اند. راه شيري يک کهکشان مارپيچ است. همه کهکشانهاي مارپيچ مانند فرفره در گردشند اما با سرعت کم. براي مثال راه شيري يک دور گردش کامل خود را در مدت 250 ميليون سال انجام مي دهد.
در کهکشانهاي مارپيچي ستاره هاي جديد دائما در حال به وجود آمدن از دل گاز و غبار مي باشند. گروه هاي کوچک ستارگان که خوشه هاي محلي ناميده مي شوند اغلب پيرامون کهکشانهاي مارپيچ قرار دارند. يک خوشه محلي معمولي حدود 1 ميليون ستاره دارد.
2- اشکال کهکشانهاي بيضي از کره کامل تا بيضي هاي مسطح متفاوت است. در مرکز اينگونه کهکشانها نور بسيار شديد است اما تدريجاً به سمت لبه ها از شدت آن کاسته مي شود. تا آنجا که ستاره شناسان تشخيص داده اند، کهکشانهاي بيضي شکل با سرعت بسيار کمتر از کهکشانهاي مارپيچ در گردشند و يا اصلاً حرکت نمي کنند. به نظر مي رسد ستارگان درون اين کهکشانها در مدار هاي تصادفي در گردشند. ظرفيت گاز و غبار اين نوع کهکشانها کمتر از کهکشانهاي مارپيچ است، بنابراين ستارگان کمتري در آنها متولد مي شوند.
3- کهکشانهاي نوع سوم، اشکال بي قاعده اي دارند. بعضي از آنها بيشتر شامل ستارگان آبي و گازهاي پف کرده اند اما غبار کمي دارند. ابرهاي ماژلاني جز اين گروه از کهکشانها هستند. بعضي ديگر از اين کهکشانها بيشتر شامل ستارگان جوان نوراني در ميان گاز و غبارند.
کهکشانها نسبت به يکديگر در حرکتند و دو کهکشان به طور محلي به قدري به يکديگر نزديک مي شوند که نيروهاي گرانشي آنها باعث تغيير شکلشان مي شود. کهکشانها حتي مي توانند با هم برخورد کنند. اگر دو کهکشان با سرعت زياد با هم برخورد کنند، بدون اثر يا با تاثيرات اندک از يکديگر عبور مي کنند. اما اگر دو کهکشان با سرعت کم با يکديگر برخورد نمايند، ممکن است با يکديگر متحد شده و کهکشاني بزرگتر از دو کهکشان قبل ايجاد کنند. نتيجه اين اتحاد مي تواند ميله اي مارپيچي از ستارگان را که تا 100.000 سال نوري در فضا امتداد دارند به وجود آورد.
انتشارات کهکشاني
همه کهکشانها انرژي را به صورت امواج مرئي و ديگر امواج الکترومغناطيس، منتشر مي کنند. به ترتيب کاهش طول موج (فاصله دو تاج متوالي موج)، اين پرتوها عبارتند از، امواج راديويي، امواج فروسرخ، نور مرئي، پرتوي فرابنفش، اشعه ايکس و پرتوي گاما. همه اين امواج در کنار يکديگر طيف الکترومغناطيس را ايجاد مي کنند.
منابع زيادي از انرژي در کهکشانها نهفته است. مقدار زيادي از آن مربوط به گرماي ستارگان و ابرهاي گاز و غبار يا سحابي ها مي باشد. تعدادي از پديده هاي مهيب کهکشاني نيز مقادير بسيار زيادي انرژي آزاد مي کنند. اين پديده ها دو نوع انفجار ستاره اي را در بر مي گيرند:
1- انفجارهاي نواختر، که در آنها يکي از دو ستاره ساختارهاي دوتايي، به فضا گاز و غبار پرتاب مي نمايد.
2- انفجارهاي ابر نو اختر، که در آنها يک ستاره متلاشي شده و سپس بيشتر مواد خود را به فضا پرتاب مي کند.
يک ابر نواختر ممکن است که از خود جرمي فشرده و نامرئي به نام سياهچاله بر جاي گذارد. سياهچاله آنچنان نيروي گرانش قدرتمندي دارد که هيچ چيز حتي نور نيز نمي تواند از آن عبور کند. ابر نواختر همچنين ممکن است که از خود يک ستاره نوتروني بر جاي گذارد. اين نوع ستاره آکنده از ذرات نوترون است. به طور طبيعي اين ذرات فقط در هسته اتمها وجود دارند. برخي ابر نواختر ها نيز چيزي از خود باقي نمي گذارند.
شدت پرتوهايي که از يک ستاره در طول موجهاي متفاوت منتشر مي شود، به دماي سطح ستاره وابسته است. براي مثال خورشيد که دماي سطحي معادل 5500K دارد، بيشتر انرژي خود را در طيف نور مرئي گسيل مي کند. به اين نوع انتشار انرژي، پرتوي حرارتي مي گويند.
درصد کمي از کهکشانها که کهکشانهاي فعال ناميده مي شوند، مقادير بسيار بسيار زيادي انرژي منتشر مي نمايند. منبع اين انرژي پديده هايي است که در اجرام مرکزي اين کهکشانها ايجاد مي شود. توزيع اين طول موجهاي منتشر شده با ستارگان معمولي فرق مي کند. به اين نوع انتشار، پرتوي غير حرارتي مي گويند. قدرتمندترين منابع انتشار اين تابش، اجرامي به نام کوازار مي باشند. کوازارها مقادير شگرفي امواج راديويي، فروسرخ، فرابنفش، ايکس ري و گاما منتشر مي کنند. برخي از کوازارها، که در تصاوير شبيه به ستارگانند، 1000 برابر کل کهکشان راه شيري انرژي توليد مي کنند. کوازار مخفف عبارتي به معناي شبه ستاره اي ( quasi-stellar ) است. دراصل به معناي منبع راديويي شبه ستاره اي مي باشد. اين نام در پي اين حقيقت به اين اجرام اطلاق گرديد که نخستين بار اين اجرام به واسطه انتشار امواج راديويي شناخته شدند و بسيار شبيه ستارگان به نظر مي رسيدند.
نوعي کهکشان مارپيچي به نام سيفرت ( Seyfert ) وجود دارد. اين نوع کهکشان مقادير زيادي پرتوي فرو سرخ، امواج راديويي و اشعه ايکس منتشر مي کند. اين نوع کهکشانها به ياد ستاره شناس آمريکايي، کارل سيفرت ( Carl K. Seyfert )، نامگذاري شده اند. وي موفق شد براي نخستين بار در سال 1943، اين نوع کهکشانها را کشف نمايد.
برخي از کهکشانهاي فعال، فواره ها و حبابهايي از ذرات باردار الکتريکي منتشر مي کنند. اين ذرات شامل پروتونها و پوزيترونها با بار الکتريکي مثبت و الکترونها با بار الکتريکي منفي هستند. الکترون و پروتون ذرات تشکيل دهنده ماده مي باشند اما پوزيترونها ذرات ضد ماده ها هستند. آنها ذرات ضد الکترون مي باشند و جرمي معادل جرم الکترون دارند.
اينطور تصور مي شود که شدت فعاليتهاي کهکشانهاي فعال به دليل وجود سياهچاله اي عظيم در مرکز کهکشان باشد. اين سياهچاله مي تواند يک بيليون بار سنگينتر از خورشيد باشد. از آنجا که اين سياهچاله بسيار پر جرم و فشرده است، نيروي گرانش آن براي بلعيدن ستارگان اطراف قدرت لازم را دارد. گاز و غباري که به اين صورت وارد سياهچاله مي شود، جرم ديسک موادي را که به دور سياهچاله در گردش است، بيشتر مي کند. در همين حال موادي که در گوشه دروني اين ديسک قرار گرفته اند وارد سياهچاله مي شوند. ماده ضمن سقوط، انرژي خود را از دست مي دهد.اين انرژي به شکل دسته پرتوهايي به بيرون از کهکشان پرتاب مي شوند.
راه شيري يک کهکشان فعال نيست اما يک منبع بسيار قوي تابشي در مرکز خود دارد. دليل انتشار اين تابش ممکن است سياهچاله اي باشد که جرم آن يک ميليون برابر جرم خورشيد است.
منشا کهکشانها
دو نوع تئوري اصلي در مورد منشاء کهکشانها مفروض است. سرآغاز هر دو نوع تئوري انفجار بزرگ است.انفجاريکه 10 تا 20 بيليون سال پيش رخ داد و سرآغاز جهان شد. اندکي پس ازآن انفجار، مقاديري از گاز به يکديگر پيوستند. سپس گرانش به آرامي آنها را به کهکشانها تبديل نمود.
تفاوت اين دو تئوري در بيان نحوه رشد کهکشانها است:
تئوري نوع اول بر اين اساس است که ابتدا اجرام کوچک شکل گرفتند و از پيوستن اين اجرام کهکشانها به وجود آمدند.
بر اساس تئوري نوع دوم نخست کهکشانها و خوشه هاي کهکشاني به وجود آمده اند. سپس ستارگان و اجرام کوچک در دل اين کهکشانها پديدار شدند.
با اينحال همه تئوريهاي مربوط به تشکيل کهکشانها پس از انفجار بزرگ به اين نتيجه رسيده اند که پس از شکل گيري نخستين کهکشانها، اين روند متوقف شده و هيچ کهکشان جديدي به وجود نيامده است يا دست کم تعداد بسيار اندکي کهکشان جديد ايجاد شده است.
ستاره شناسان مدارکي به دست آورده اند که شرايط پيش از تشکيل کهکشانها را بيان مي کند. در سال 1965، دو فيزيکدان آمريکايي آرنو پنزياس ( Arno Penzias ) و روبرت ويلسون ( Robert Wilson )، امواج راديويي ضعيفي را در آسمان شناسايي کردند. بر اساس تئوري انفجار بزرگ، اين امواج، تشعشعات باقيمانده از انفجار بزرگ مي باشند. ابتدا چنين به نظر مي رسيد که قدرت اين امواج از هر سوي يک اندازه است. تا اينکه در سال 1992، ماهواره اي به نام کاوشگر گذشته کائنات ( COBE ) تفاوتهاي بسيار اندکي را در قدرت اين امواج کشف کرد. اين تفاوت از تفاوت چگالي مواد پس از انفجار بزرگ ناشي مي شود. در قسمتهايي از فضا که چگالي بيشتر بود، نيروي گرانشي قويتري به وجود آمد. در نتيجه انبوه مواد در اين مناطق شکل گرفته و با افزايش تراکم مواد، کهکشانها پديدار شدند.
بيشتر مشاهدات ستاره شناسي به منظور تائيد تئوري انفجار بزرگ صورت گرفته اند. بر اساس اين تئوريها جهان همچنان در حال گسترش است. دو نوع از مشاهدات به شدت، اين امر يعني گسترش جهان را تائيد مي کنند. اين مشاهدات ثابت مي کنند که همه کهکشانها در حال دور شدن از يکديگر هستند. علاوه بر آن، کهکشانهاي دورتر از کهکشان راه شيري با سرعت بيشتري در حال دور شدن مي باشند. اين ارتباط مابين فاصله و سرعت کهکشانها به نام قانون هابل شناخته مي شود. ادوين هابل ( Edwin P. Hubble )، ستاره شناس آمريکايي، در سال 1929 اين ارتباط را کشف و گزارش نمود.
ستاره شناسان سرعت حرکت کهکشانها را به کمک شيوه انتقال به سرخ ( redshift ) تخمين مي زنند. انتقال به سرخ نوعي اندازه گيري امواج الکترومغناطيس مي باشد که توسط جرمي در فضا منتشر مي شود. با تجزيه نور کهکشانها، طيف آنها به دست مي ايد. در طيف يک کهکشان تعدادي خطوط تيره وجود دارد که بيانگر دما، چگالي و ترکيبات شيميايي مي باشند. چنانچه کهکشاني در حال دور شدن از ما باشد، اين خطوط به انتهاي طيف يعني به سمت رنگ قرمز متمايل مي شوند. هرچه اين تمايل و انتقال به سمت رنگ قرمز در طيف بيشتر باشد، سرعت دور شدن کهکشان مورد نظر از ما بيشتر است. دانشمندان با بررسي درخشش يک کهکشان و يا بررسي مقدار درخشش اجرام خاصي مانند ستارگان متغير و ابر نواخترها در آن، فاصله بين کهکشانها را تخمين مي زنند.
تکامل کهکشانهاي مارپيچ
ستاره شناسان نمي توانند به درستي بفهمند که مارپيچهاي کهکشاني چگونه تکامل يافته و هنوز وجود دارند. معما زماني آشکار مي شود که درباره چرخش اين کهکشانها فکر کنيم. چرخش اين کهکشانها بسيار شبيه به خامه روي سطح فنجان قهوه است. بخش مرکزي کهکشان تقريبا مانند يک چرخ، مي چرخد و بازوها به دنبال آن. يک بازوي مارپيچ در حال گردش حول مرکز را تصورکنيد که در هر 250ميليون سال يکبار گردش خود را کامل مي کند، مانند بازوهاي کهکشان راه شيري. بعد از چند بار گردش، احتمالا ظرف 2 بيليون سال، اين انتظار مي رود که عمر بازوي مارپيچ به پايان رسيده و شکل خود را از دست بدهد. اما تقريبا همه کهکشانهاي مارپيچي عمري بيش از 2 بيليون سال دارند!.
يک راه حل براي اين معما ارائه شده و آن اين است که تفاوت نيروي گرانش در اين نوع از کهکشانها مي تواند ستارگان، غبار و گاز موجود را بکشد و يا هل دهد. اين فعاليت باعث به وجود آمدن موجهايي مي شود که شبيه به امواج صوتي مي باشند. از آنجا که کهکشان در حال گردش است اين امواج در يک مسير مارپيچ حرکت مي کنند و باعث تراکم چگالي در اين مسيرهاي مارپيچ مي شوند.
مديريت وبلاگ علم و فناوري
منبع : ايرانيكا