ماجرای شکل‌گیری کهکشان ما از آنچه فکر می‌کردیم کمتر خشن بوده است

امیر نیک‌رو

۵ خرداد ۱۴۰۰ | ۰۵:۴۶ زمان مورد نیاز برای مطالعه: ۵ دقیقه

در یک پژوهش تازه، دانشمندان عنوان می‌کنند که فرآیند شکل‌گیری کهکشان راه شیری و دیسک آن می‌تواند به اندازه‌ای که در گذشته تصور می‌شد، خشن نبوده باشد و یک تکامل معمولی در کیهان محسوب شود.

از زمانی که ماهواره‌ی «گایا» (Gaya) نقشه‌برداری سه‌بعدی از کهکشان راه شیری را با بالاترین دقت موجود انجام داده است، چیزهای زیادی درباره‌ی گذشته‌ی پرتنش کهکشان خانه‌ی خود کشف کرده‌ایم.

اکنون می‌دانیم که این کهکشان، در طول عمر ۱۳٫۶ میلیارد ساله‌ی خود با چندین کهکشان دیگر برخورد کرده و آن‌ها را بلعیده است. بزرگترین آن‌ها کهکشان کوتوله‌ی «گایا انسلادوس» (Gaia Enceladus) یا «سوسیس گایا» (Gaia Sausage) است که برخورد آن حدود ۱۰ میلیارد سال پیش روی داده و تصور می‌شد که عامل ویژگی ساختاری عجیب راه شیری با نام «دیسک ضخیم» (Thick Disk) است.

اکنون به‌نظر می‌رسد شاید این دیدگاه درست نباشد. ستاره‌شناسان کهکشان دیگری را با یک دیسک ضخیم بررسی کرده‌اند و دریافتند که تکامل آن یک رویداد کیهانی فاجعه‌بار نیست بلکه روشی کاملا طبیعی برای رشد کهکشان‌های مارپیچی است.

بهترین نقشه‌ی کهکشان راه شیری

کهکشان راه شیری؛ یک کهکشان معمولی

«نیکلاس اسکات» (Nicholas Scott) پژوهشگر دانشگاه سیدنی استرالیا و «مرکز اخترشناسی سه‌بعدی سراسر آسمان آرک» (ASTRO 3D) گفت: «از این نتایج درمی‌یابیم که کهکشان‌های دارای ساختار و ویژگی‌های مشخص مانند کهکشان راه شیری را می‌توان به‌عنوان کهکشان‌های عادی توصیف کرد.»

اگر راه شیری را شبیه به همبرگر فرض کنیم، درک ساختار دیسک‌های ضخیم و نازک آسان است. دیسک نازک که حدود ۴۰۰ سال نوری ضخامت دارد و حاوی گاز، گردوغبار و ستاره است، مشابه محتویات برگر است و دیسک ضخیم را که تا ۱۰۰۰ سال نوری امتداد دارد و فقط شامل ستاره‌هاست، می‌توان به نان برگر تشبیه کرد.

اگرچه دیسک نازک ستاره‌هایی از همه‌ی سنین را دربر می‌گیرد اما جایی از کهکشان است که می‌توان در آن همه‌ی ستاره‌های جوان‌تر را که از نظر فلز غنی‌تر هستند، یافت. دیسک ضخیم دارای جمعیت کمتری است و تنها شامل ستارگان مسن‌تر با عمر حدود ۱۰ میلیارد سال است. چنین ساختاری تنها در برخی از کهکشان‌های مارپیچی دیده می‌شود و منجمان واقعا نمی‌دانند که چگونه شکل گرفته‌اند.

جایگاه زمین در کهکشان بر پایه‌ی داده‌های گایا

چگونگی شکل‌گیری دیسک ضخیم راه شیری

طبق داده‌های گایا تیمی از ستاره‌شناسان فکر می‌کردند که این موضوع را کشف کرده‌اند. آن‌ها ترکیبات شیمیایی و حرکت خوشه‌های ستاره‌ای را در هاله‌ی کهکشان راه شیری ردیابی کردند و دریافتند که از خارج کهکشان ناشی می‌شوند. سپس با مدل‌سازی پیشنهاد کردند که ادغام کهکشانی که این ستارگان را به کهکشان راه شیری رسانده، قرص کهکشانی موجود را هم گرم و آن را به یک قرص ضخیم‌تر تبدیل کرده است.

هرچند دیگر کهکشان‌های مارپیچی با دیسک‌های ضخیم هم رصد شده‌اند اما تشخیص اینکه این ساختارها همان توزیع ستاره‌ای کهکشان راه شیری را دارند، غیرممکن بوده است. در پژوهش اخیر دانشمندان روشی ابتکاری را برای بررسی یک کهکشان مارپیچی با نام UGC 10738 که حدود ۳۲۰ میلیون سال نوری از زمین فاصله دارد، به‌کار گرفتند.

کهکشان UGC 10738 که برای ناظر زمینی از لبه دیده می‌شود و دیسک نازک و ضخیم آن به‌خوبی مشخص است.
Credit: Jesse van de Sande/ESO

از روی ترکیب شیمیایی ستاره‌ها می‌توان سن آن‌ها را تعیین کرد. ستاره‌های جوان‌تر فلزات بیشتری نسبت به ستاره‌های قدیمی‌تر دارند. زیرا این عناصر تا زمانی که یک یا دو نسل بعدی ستاره‌ها آن‌ها را توسط واکنش‌های هسته‌ای تولید کردند، وجود نداشتند. ترکیبات شیمیایی ستارگان را هم می‌توان از روی طیف نوری آن‌ها شناسایی کرد زیرا بسته به اینکه کدام عنصر در ساختار آن‌ها وجود دارد، بعضی از طول موج‌ها روشن‌تر یا کم‌نورتر هستند.

یک آزمایشگاه کهکشانی خاص

نمی‌توان ستارگان تکی را در کهکشان‌های دوردست بررسی کرد. زیرا این کهکشان‌ها خیلی دورند و ساختار آن‌ها با فناوری فعلی بشر قابل حل نیست. کاری که می‌توان انجام داد این است که نوری را که از مناطق گوناگون کهکشان می‌آید بررسی کرده جمعیت و نوع ستاره‌های هر منطقه را تخمین زد.

این همان چیزی است که UGC 10738 را به یک آزمایشگاه خاص برای مطالعه‌ی قرص ضخیم کهکشانی تبدیل می‌کند. لبه‌ی این کهکشان به سمت ماست و منظره‌ای کاملا واضح از ساختار نازک و ضخیم ارائه می‌دهد. بدین ترتیب می‌توان هر بخش و نور متفاوت هر بخش را تشخیص داد. این همان کاری است که تیم اسکات با استفاده از تلسکوپ بسیار قدرتمند رصدخانه‌ی جنوبی اروپا (ESO) در شیلی انجام داد.

«جسی وان دو سانده» (Jesse van de Sande) دیگر ستاره‌شناس دانشگاه سیدنی استرالیا گفت: «با استفاده از ابزاری به نام کاوشگر طیف‌سنجی چند واحدی (MUSE) توانستیم نسبت فلز ستاره‌ها را در دیسک‌های ضخیم و نازک کهکشانی ارزیابی کنیم.»

او افزود: «این نتایج تقریبا همان‌هایی هستند که در کهکشان راه شیری وجود دارند، یعنی ستاره‌هایی باستانی در دیسک ضخیم و ستاره‌های جوان در دیسک نازک جای دارند. برای اطمینان از این یافته‌ها، در حالی بررسی برخی از کهکشان‌های دیگر هستیم اما همین یافته‌ها هم شواهد محکمی است که نشان می‌دهد این دو کهکشان به یک روش تکامل یافته‌اند.»

مطالعات آینده

اگرچه این یافته‌ها بدان معنی نیست که کهکشان راه شیری با کهکشان‌های دیگر درگیر نشده است یا ادغام «سوسیس گایا» (Gaia Sausage) هرگز روی نداده است، اما به‌نظر می‌رسد که گایا-انسلادوس مسؤول شکل‌گیری دیسک ضخیم کهکشان نبوده است.

اسکات گفت: «تصور می‌شد که دیسک‌های نازک و ضخیم راه شیری پس از یک ادغام خشن و نادر تشکیل شده‌اند و بنابراین احتمالا در کهکشان‌های مارپیچی دیگر یافت نمی‌شوند. اما پژوهش‌های ما نشان می‌دهد که چنین موضوعی احتمالا اشتباه است و دیسک ضخیم به‌طور طبیعی و بدون رویدادهای فاجعه‌بار تکامل یافته است. بنابراین کهکشان‌های مانند راه شیری احتمالا بسیار رایج هستند.»

به گفته‌ی او این یافته‌ها همچنین نشان می‌دهد که می‌توان از مشاهدات بسیار دقیق موجود در راه شیری به‌عنوان ابزاری برای تجزیه‌وتحلیل بهتر و بیشتر کهکشان‌های دوری استفاده کرد که معمولا نمی‌توان آن‌ها را مستقیما رصد کرد.»

این یافته‌های تازه که در نشریه‌ی The Astrophysical Journal Letters منتشر شده، هرچند در تعیین دلیل شکل‌گیری دیسک ضخیم کهکشان راه شیری تردید ایجاد می‌کند اما به‌طور کلی در زمینه‌ی مطالعه‌ی دیسک‌های ضخیم و تکامل کهکشان‌های مارپیچی یک گام رو به جلو است.

اکنون که این تیم نشان داده امکان حل فضایی توزیع شیمیایی کهکشان‌های دیگر وجود دارد، آن‌ها قصد دارند تکنیک‌های خود را بر روی نمونه‌ی آماری قابل توجه از کهکشان‌های مشابه به‌کار بگیرند تا کشف خود را بهتر ارزیابی کنند.