آشنایی نزدیک با کهکشان راه شیری؛ ساختار، ویژگی‌ها و رازهای آن
کهکشان راه شیری شاید باشکوه‌ترین منظره‌ای باشد که هر کسی با چشم غیرمسلح می‌تواند در آسمان شب تماشا کند؛ هاله‌ای از نقاط درخشان که در سرتاسر گنبد آسمان کشیده شده است و فضایی پر از رمز و راز را برای هر بیننده‌ای شکل می‌دهد.
در پس این زیبایی مجموعه‌ای پویا از اجرام و گازهای مختلف وجود دارد که در برهم‌کنشی کامل با یکدیگر قرار دارند. برای آگاهی بیشتر از این ساختارها و تعاملات، در این مطلب، نگاهی جامع به راه شیری داریم و ساختار و بخش‌های مختلف آن را به شکلی جزئی مرور می‌کنیم.
کهکشان راه شیری چیست؟ (عکس)
«راه شیری» (Milky Way) یک کهکشان مارپیچی میله‌ای با قدمت حدود ۱۳.۶ میلیارد سال است که بازوهای چرخان بزرگ آن از محدوده‌ای مرکزی به بیرون کشیده شده‌اند. به گفته‌ی رصدخانه‌ی «لاس کامبرس» قرص کهکشان خانگی ما حدود ۱۰۰ هزار سال نوری قطر و تنها ۱۰۰۰ سال نوری ضخامت دارد.
همان‌طور که زمین به دور خورشید می‌چرخد، کل منظومه‌ی شمسی هم در حال چرخش به دور مرکز کهکشان راه شیری است و با وجود اینکه منظومه‌ی شمسی با سرعتی در حدود ۸۲۸ هزار کیلومتر بر ساعت در فضا حرکت می‌کند، تقریبا ۲۵۰ میلیون سال طول می‌کشد تا یک دور پیرامون مرکز کهکشان کامل شود. آخرین باری که سیاره‌ی ما در این موقعیت قرار داشت، دایناسورها تازه در حال ظهور بودند و پستانداران هنوز تکامل پیدا نکرده بودند.
اگر مرکز راه شیری را یک شهر در نظر بگیریم، ما با فاصله‌ی حدود ۲۵ تا ۳۰ هزار سال نوری از مرکز شهر، در حومه‌ی شهر زندگی می‌کنیم. خود منظومه‌ی شمسی در یکی از محله‌های کوچک‌تر، یعنی بازوی شکارچی-سیگنوس، که بین بازوهای بزرگ‌تر برساوش و کارینا-کمان قرار گرفته است، جای دارد. اگر بخواهیم به سمت داخل و مرکز شهر حرکت کنیم، بازوهای سپر-قنطورس و گونیا را خواهیم دید.
عکس کهکشان راه شیری در حال طلوع
Credit: NANPA/Prashant Naik
در قلب راه شیری یک سیاهچاله‌ی کلان‌جرم به نام کمان ای* قرار دارد. این هیولا با جرمی حدود ۴ میلیون برابر خورشید، هر چیزی را که خیلی نزدیک آن باشد، مصرف می‌کند و تغذیه از مواد فراوان ستاره‌ای آن را به جرمی غول‌پیکر تبدیل کرده است. در سال ۲۰۲۲، بشر برای نخستین بار توسط روشی نوآورانه برای مشاهده‌ی سایه‌ی سیاهچاله، از این سیاهچاله‌ی مرکزی راه شیری تصویربرداری کرد.
در یک شب صاف و خالی از آلودگی نوری، می‌توانیم نگاهی اجمالی به نورهای درخشان شهر کهکشانی در آسمان شب داشته باشیم. پنجره‌ی ما به جهان، نوار سفید شیری شامل ستاره‌ها، گردوغبار و گاز جایی است که کهکشان ما نام خود را بر اساس آن گرفته است.
نام کهکشان «راه شیری»
این نام تا حد زیادی خودش را بازگو می‌کند. خانه‌ی کهکشانی ما به دلیل ظاهر سفید شیری رنگ خود، که در آسمان شب کشیده شده است، «راه شیری» (Milky Way) نامیده می‌شود. در اساطیر یونان، این نوار شیری به این دلیل ظاهر شد که الهه‌ی هرا شیر را در سراسر آسمان پاشید.
کهکشان راه شیری در سراسر جهان با نام‌های مختلفی شناخته می‌شود. برای نمونه در چین به آن «رودخانه‌ی نقره‌ای» و در صحرای کالاهاری آفریقای جنوبی به آن «ستون پشتی شب» می‌گویند.
ابعاد و ساختار کهکشان راه شیری
مطالعه‌ی کهکشان راه شیری در گذشته بسیار دشوار بود. اخترشناسان گاهی این تلاش را با تلاش برای توصیف اندازه و ساختار یک جنگل در حالی که در وسط آن گم شده‌ایم مقایسه می‌کنند. از موقعیتی که روی زمین داریم، روشن است که نمی‌توانستیم یک دید کلی به کهکشان خودمان داشته باشیم. اما دو تلسکوپ فضایی پیشگامانه که از دهه‌ی ۱۹۹۰ به فضا پرتاب شدند، به آغاز عصر طلایی تحقیقات درباره‌ی کهکشان راه شیری کمک کردند. به ویژه از زمان پرتاب مأموریت «گایا» (Gaya) آژانس فضایی اروپا در سال ۲۰۱۳، گام‌های بزرگی برداشته شده است.
هرچند تلسکوپ‌های زمینی و فضایی به اخترشناسان کمک کردند تا شکل و ساختار اصلی برخی از نزدیک‌ترین کهکشان‌ها را پیش از اینکه بدانند که به کهکشان ها نگاه می‌کنند، تشخیص دهند اما بازسازی شکل و ساختار خانه‌ی کهکشانی خودمان روندی کند و خسته‌کننده داشت که شامل ساخت کاتالوگ ستارگان، ترسیم موقعیت آن‌ها در آسمان و تعیین فاصله‌ی آن‌ها از زمین بود.
ساختار کهکشان راه شیری
Credit: NASA/JPL-Caltech; right: ESA; layout: ESA/ATG medialab
«یان اورت» (Jan Oort) ستاره‌شناس هلندی، که گاهی به او لقب استاد منظومه‌ی کهکشانی داده می‌شود، نخستین کسی بود که دریافت کهکشان راه شیری بی‌حرکت نیست، بلکه می‌چرخد و حتی سرعت چرخش ستارگان در فواصل مختلف به دور مرکز کهکشان را محاسبه کرد. او همچنین موقعیت خورشید ما را در کهکشان تعیین کرد. به افتخار او «ابر اورت» (Oort Cloud) که منبع تریلیون‌ها دنباله‌دار دور از خورشید است، به نام او نامگذاری شد.
با پژوهش‌ها و داده‌های تازه از نقاط مختلف راه شیری، به تدریج تصویر پیچیده‌ای از یک کهکشان مارپیچی ظاهر شد که کاملا عادی به نظر می‌رسد. در مرکز کهکشان راه شیری یک سیاهچاله‌ی بسیار پرجرم به نام کمان ای* قرار دارد. این سیاهچاله که در سال ۱۹۷۴ کشف شد، جرمی چهار میلیون برابر خورشید دارد و با تلسکوپ‌های رادیویی نزدیک به صورت فلکی قوس (کمان) در آسمان قابل رصد است. با وجود اینکه سیاهچاله‌ی مرکزی راه شیری عملا فعالیت زیادی ندارد، هر چیز دیگری در کهکشان حول این دروازه‌ی قدرتمند به سوی نیستی می‌چرخد.
پیرامون سیاهچاله، ناحیه‌ای فشرده از گردوغبار، گاز و ستارگان به نام «برآمدگی کهکشانی» (Galactic Bulge) وجود دارد که طبق گفته‌ی آژانس فضایی اروپا، شکلی مانند بادام زمینی دارد و گستره‌ی آن تا ۱۰ هزار سال نوری است. این مجموعه دارای ۱۰ میلیارد ستاره از مجموع حدود ۲۰۰ میلیارد ستاره در کهکشان راه شیری است که عمدتا غول‌های سرخ پیری هستند که در مراحل اولیه‌ی تکامل کهکشان شکل گرفته‌اند.
فراسوی برآمدگی کهکشانی، منطقه‌ای به نام «قرص کهکشانی» (Galactic Disk) گسترش یافته است که در مجموع قطر کهکشان راه شیری را به ۱۰۰ هزار سال نوری و ضخامت آن را به ۱۰۰۰ سال نوری می‌رساند. ستارگان این دیسک در ابرهایی از غبار و گاز ستاره‌ای پراکنده شده‌اند، پیرامون مرکز کهکشان می‌چرخند و جریان‌های چرخشی را تشکیل می‌دهند که به نظر می‌رسد مانند بازوهایی از برآمدگی کهکشانی خارج می‌شوند. وقتی در شب دور از شهرها به آسمان تاریک نگاه می‌کنیم، نمایی هیجان‌انگیز و نفس‌گیر لبه‌ی این دیسک را می‌بینیم.
تحقیقات درباره‌ی سازوکارهایی که باعث ایجاد بازوهای مارپیچی می‌شوند هنوز در مراحل ابتدایی است، اما تازه‌ترین مطالعات نشان می‌دهد که این بازوها در دوره‌های نسبتا کوتاهی تا ۱۰۰ میلیون سال از ۱۳ میلیارد سال تکامل کهکشان شکل می‌گیرند و پراکنده می‌شوند.
درون این بازوها، ستارگان، غبار و گاز، فشرده‌تر از نواحی بازتر قرص کهکشانی در کنار هم جمع شده‌اند و این افزایش چگالی، باعث شدیدتر شدن تشکیل ستاره‌ها می‌شود. در نتیجه، ستاره‌های موجود در قرص کهکشانی بسیار جوان‌تر از ستاره‌های موجود در برآمدگی کهکشانی هستند.
می‌توان گفت که بازوهای مارپیچی مانند راهبندان ترافیکی هستند، زیرا گاز و ستاره‌ها در کنار هم جمع می‌شوند و در بازوها آهسته‌تر حرکت می‌کنند. هم‌زمان که مواد از بازوهای مارپیچی متراکم عبور می‌کنند، فشرده می‌شوند و این باعث تشکیل ستاره‌های بیشتری می‌گردد.
بازوهای کهکشان راه شیری
Credit: NASA/JPL-Caltech/Federal University of Rio Grande do Sul
به گفته‌ی بنیاد ملی علوم (NSF) کهکشان راه شیری هم‌اکنون دارای چهار بازوی مارپیچی است. دو بازوی اصلی «بازوی برساوش» (Perseus Arm) و «بازوی سپر-گونیا» (Scutum-Centaurus Arm) هستند و «بازوی کمان» (Sagittarius Arm) و «بازوی شکارچی» (Orion Arm) یا «بازوی محلی» (Local Arm) بازوهای کوچک‌تر را تشکیل می‌دهند. دانشمندان با استفاده از داده‌های گایا همچنان درباره‌ی موقعیت و شکل دقیق این بازوها بحث می‌کنند.
دیسک راه شیری مسطح نیست، بلکه دارای پیچ و تاب است. همان‌طور که می‌چرخد، مانند یک فرفره‌ی چرخان در حال چرخش قرار می‌گیرد. این لرزش که اساسا یک موج مکزیکی غول‌پیکر است، بسیار آهسته‌تر از ستارگان موجود در دیسک دور مرکز کهکشان می‌چرخد و یک چرخش کامل را در حدود ۶۰۰ تا ۷۰۰ میلیون سال انجام می‌دهد. ستاره‌شناسان فکر می‌کنند که این موج مکزیکی راه شیری ممکن است در نتیجه‌ی برخورد با کهکشانی دیگر در گذشته‌های بسیار دور باشد.
در کنار حالت تاب‌دار کهکشان راه شیری، به گفته‌ی آژانس فضایی اروپا خوشه‌های کروی که مجموعه‌ای از ستارگان باستانی هستند همراه با تقریبا ۴۰ کهکشان کوتوله که یا در حال چرخش اطراف راه شیری یا برخورد با آن هستند، در اطراف دیسک و برآمدگی کهکشانی آن توزیع شده‌اند که گرانش آن‌ها می‌تواند یکی از دلایل موج‌دار بودن کهکشان باشد.
همه‌ی این‌ها توسط هاله‌ای کروی از گردوغبار و گاز با دو برابر پهنای قرص کهکشان، دربر گرفته شده است. ستاره‌شناسان بر این باورند که کل کهکشان در هاله‌ای حتی بزرگ‌تر متشکل از ماده‌ی تاریک نامرئی جای گرفته است. چون ماده‌ی تاریک هیچ نوری از خود گسیل نمی‌کند، وجود آن را فقط می‌توان به طور غیرمستقیم از طریق تأثیرات گرانشی آن بر حرکت ستارگان در کهکشان درک کرد. محاسبات نشان می‌دهد که این ماده‌ی گیج‌کننده تا ۹۰ درصد از جرم کهکشان راه شیری را تشکیل می‌دهد.
بر اساس برآوردهای اخیر ناسا، جرم راه شیری، شامل ماده‌ی تاریک، ۱.۵ تریلیون برابر جرم خورشید است. ماده‌ی مرئی کهکشان بین ۲۰۰ میلیارد ستاره‌ی آن، سیاره‌های آن‌ها و ابرهای عظیم غبار و گاز که فضای میان‌ستاره‌ای را پر می‌کند، توزیع شده است.
تاب برداشتن کهکشان راه شیری
Credit: Stefan Payne-Wardenaar/ESO
تکامل راه شیری
تاریخچه‌ی تکامل کهکشان راه شیری از زمانی آغاز شد که ابرهای گاز و گردوغبار شروع به رمبیدن و فروپاشی کردند و بر اثر گرانش به سوی هم کشیده شدند. اولین ستارگان از ابرهای فروپاشیده بیرون آمدند، آن‌هایی که امروزه در خوشه‌های کروی می‌بینیم. هاله‌ی کروی خیلی زود پس از آن ظاهر شد و به دنبال آن قرص کهکشانی مسطح شکل گرفت. کهکشان کوچک شروع به رشد کرد و با نیروی گریز ناپذیر گرانش همه چیز را به هم نزدیک کرد.
با این حال، روند تکامل کهکشان هنوز در هاله‌ای از ابهام قرار دارد. رشته‌ای به نام باستان‌شناسی کهکشانی به لطف مأموریت گایا که نخستین کاتالوگ داده‌های خود را در سال ۲۰۱۸ منتشر کرد، به تدریج برخی از معماهای حیات کهکشان راه شیری را روشن می‌کند.
به گفته‌ی آژانس فضایی اروپا، گایا موقعیت و فواصل دقیق بیش از ۱ میلیارد ستاره و همچنین طیف نوری آن‌ها را اندازه‌گیری می‌کند که به دانشمندان امکان می‌دهد ترکیب و سن ستارگان را درک کنند. داده‌های موقعیت به اخترشناسان اجازه می‌دهد تا سرعت و جهت حرکت ستارگان را در فضا تعیین کنند. از آنجا که چیزها در فضا مسیرهای قابل پیش‌بینی را دنبال می‌کنند، اخترشناسان می‌توانند مسیر ستارگان میلیاردها سال را در گذشته و آینده بازسازی کنند. ترکیب این مسیرهای بازسازی شده در یک فیلم ستاره‌ای، تکامل کهکشان را در طول اعصار به تصویر می‌کشد.
همچنین شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد کهکشان راه شیری در طول تکامل خود با چند کهکشان کوچک‌تر برخورد کرده است. در سال ۲۰۱۸، تیمی از ستاره‌شناسان هلندی گروهی متشکل از ۳۰ هزار ستاره را یافتند که در همسایگی خورشید در جهت مخالف بقیه‌ی ستارگان مجموعه داده حرکت می‌کنند. الگوی حرکت با آنچه دانشمندان قبلا در شبیه‌سازی‌های کامپیوتری برخوردهای کهکشانی دیده بودند مطابقت داشت. این ستارگان همچنین از نظر رنگ و روشنایی متفاوت بودند که نشان می‌دهد از کهکشانی متفاوت آمده‌اند.
بقایای یک برخورد دیگر، کمی جوان‌تر، یک سال بعد مشاهده شد. کهکشان راه شیری تا به امروز هم به بلعیدن کهکشان‌های کوچک‌تر ادامه می‌دهد. کهکشانی به نام «کمان» (Sagittarius) در حال حاضر نزدیک به راه شیری می‌چرخد و احتمالا در ۷ میلیارد سال گذشته چندین بار از طریق قرص آن برخورد کرده است. با استفاده از داده‌های گایا، دانشمندان دریافتند که این برخوردها دوره‌هایی از ستاره‌زایی شدید در کهکشان راه شیری را آغاز می‌کند و حتی ممکن است ارتباطی با شکل مارپیچی خاص کهکشان داشته باشد. این مطالعه نشان می دهد که خورشید ما در یکی از این دوره ها حدود ۴.۶ میلیارد سال پیش متولد شده است.
کهکشان راه شیری چند ستاره دارد؟
ابعاد وسیع راه شیری و وجود ابرهای غبار، شمارش ستارگان منفرد را تقریبا غیرممکن می‌کند و رسیدن به عدد دقیق تعداد ستارگان در راه شیری، به دلیل موانعی مانند ابرهای غلیظ گردوغبار و طیف گسترده‌ی روشنایی ستاره‌ها دشوار است. به ویژه که کهکشان برای ناظر زمینی از لبه دیده می‌شود. بنابراین دانشمندان از روش‌های مختلفی از جمله شمارش ستاره‌ها در مناطق مرئی و مدل‌های پیچیده‌ی رایانه‌ای برای اصلاح این تخمین‌ها استفاده می‌کنند.
رصد کهکشان‌های نزدیک هم به داشتن برآورد بهتری از تعداد ستاره‌ها کمک می‌کند، زیرا همان‌طور که اشاره شد، جرم ستارگان تنها بخش کوچکی از جرم کلی کهکشان را تشکیل می‌دهد که بیشتر آن ماده‌ی تاریک است. مطالعه‌ی چرخش و نیروهای گرانشی کهکشان راه شیری به دانشمندان کمک می‌کند تا تخمین‌ها را نه فقط برای ستارگان، بلکه برای ترکیب کلی کهکشان اصلاح کنند و به درک گسترده‌تر ساختار آن کمک کنند.
در حال حاضر با استفاده روش‌های اشاره شده و طبق پژوهش‌های متنوع صورت گرفته، تعداد ستارگان کهکشان راه شیری، بین ۱۰۰ تا ۴۰۰ میلیارد ستاره تخمین زده می‌شود.
مقایسه ابعاد ستاره‌ی «سپر یو وای» با «خورشید»
بزرگترین ستاره کهکشان راه شیری
در حال حاضر، بزرگترین ستاره‌ی شناخته شده در کهکشان ما و یکی از بزرگترین ستارگان کشف شده در جهان «سپر یو وای» (UY Scuti) که ابعاد آن بیش از ۱۷۰۰ برابر خورشید است و می‌توان بیش از ۵ میلیارد خورشید را در آن جای داد. با وجود اندازه‌ی بسیار زیاد، سپر یو وای ستاره تنها ۷ تا ۱۰ برابر جرم خورشید را دارد و همچنین ۱۰۰ هزار برابر روشن‌تر از آن است. UY Scuti در حال حاضر در مراحل پایانی زندگی خود است و در این روند اندازه‌ای طبیعی دارد زیرا ابعاد ستاره با نزدیک شدن به پایان عمر خود گسترش پیدا می‌کند. با توجه به جرمش، UY Scuti به صورت یک ابرنواختر منفجر خواهد شد و یک ستاره‌ی نوترونی یا سیاهچاله را بر جای خواهد گذاشت.
کهکشان راه شیری چند سیاره دارد؟
ستاره‌شناسان کاملا مطمئن نیستند که چه تعداد سیاره در کهکشان راه شیری وجود دارد، با توجه به اینکه ما فقط چند هزار سیاره را کشف کرده ایم، اما یک تخمین ناسا نشان می‌دهد که بیش از ۱۰۰ میلیارد سیاره در کهکشان ما وجود دارد. اینکه چه تعداد منظومه‌ی ستاره‌ای در راه شیری وجود دارد هم هنوز حل نشده باقی مانده است، زیرا هنوز به دنبال سیارات هستیم.
اکنون بشر می‌داند که فراسوی منظومه‌ی شمسی، ستاره‌های دیگر در راه شیری و دیگر کهکشان‌ها هم دارای سیاراتی هستند که اطراف آن‌ها می‌چرخند. بنابراین بشر در جست‌وجوی انواع مختلف سیارات فراخورشیدی است و تا کنون شمار زیادی از آن‌ها را به ویژه انبوهی که درون منظومه‌ی شمسی قرار دارند را کشف کرده است که هر یک ویژگی‌هایی دارند؛ برخی از ستارگان می‌توانند بزرگترین، برخی مناسب‌ترین برای حیات و برخی زیباترین سیاره راه شیری لقب بگیرند.
بزرگترین سیاره کهکشان راه شیری
بزرگترین سیاره‌ی شناخته شده در راه شیری احتمالا «اچ‌دی ۱۰۰۵۴۶ بی» (HD 100546 b) است که یک غول گازی بسیار بزرگ در مراحل شکل‌گیری با قطری تقریبا ۶.۹ برابر مشتری یا ۷۷ برابر زمین است.
البته اندازه‌گیری شعاع این سیاره بسیار گیج‌کننده است، زیرا برخی از مواد اطراف آن ممکن است به عنوان بخشی از خود سیاره ظاهر شوند. بزرگترین سیاراتی که اندازه‌ی آن‌ها با دقت خوبی مشخص است HAT-P-67 b و XO-6b نام دارند که هر دو قطری در حدود ۲.۱ برابر مشتری دارند. قطر این دو سیاره هنگام عبور از جلوی ستاره‌ی مادرشان مستقیما اندازه‌گیری شده است.
مقایسه ابعاد سیاره HD 100546 b با مشتری
Credit: NASA
جایگاه خورشید در راه شیری
خورشید در فاصله‌ی ۲۶ هزار سال نوری از سیاهچاله‌ی کمان ای* و تقریبا در وسط قرص کهکشانی می‌چرخد. خورشید با سرعت ۸۲۸ هزار کیلومتر بر ساعت، ۲۳۰ میلیون سال طول می‌کشد تا یک مدار کامل به دور مرکز کهکشان را کامل کند.
خورشید در نزدیکی لبه‌ی بازوی محلی کهکشان راه شیری، یکی از دو بازوی مارپیچی کوچک‌تر کهکشان قرار دارد. در سال ۲۰۱۹ ستاره شناسان با استفاده از داده‌های مأموریت گایا دریافتند که خورشید اساسا در حال گشت‌وگذار در موجی از گاز میان‌ستاره‌ای است که ۹۰۰۰ سال نوری طور و ۴۰۰ سال نوری عرض دارد و بر اساس پژوهش‌های آژانس فضایی اروپا، در فاصله‌ی ۵۰۰ سال نوری بالا و زیر صفحه‌ی کهکشانی گسترده شده است.
همچنین باید توجه داشت که سیارات منظومه‌ی شمسی در مدار کهکشان نمی‌چرخند و صفحه‌ی منظومه‌ی شمسی نسبت به صفحه‌ی کهکشان حدود ۶۳ درجه انحراف دارد.
سیاه چاله کهکشان راه شیری
سیاهچاله‌ی مرکزی کهکشان راه شیری «کمان ای*» (*Sagittarius A) نام دارد. این سیاهچاله عمدتا خفته و بدون فعالیت شدید است و همین موضوع مشاهده‌ی آن را بسیار چالش‌برانگیز می‌کند. کمان ای* جرمی ۴.۳ میلیون برابر خورشید دارد، اخترشناسان «راینهارد گِنتزِل» (Reinhard Genzel) و «آندره‌آ گز» (Andrea Ghez) در سال ۲۰۰۸ تشخیص دادند. قطر تقریبی آن نیز ۲۳.۵ میلیون کیلومتر است. در مقام مقایسه، خود راه شیری تقریبا ۱۰۰ هزار سال نوری عرض و ۱۰۰۰ سال نوری ضخامت دارد.
دیسک عظیمی از گاز پیرامون کمان ای* در فاصله‌ی ۵ تا ۳۰ سال نوری از سیاهچاله‌ی بسیار پرجرم به بیرون فوران می‌کنند. این منطقه‌ی عظیم، اما کم‌حجم گاز است که مقداری ماده برای فعالیت کمان ای* می‌دهد. این منطقه به دلیل تغذیه از گاز یا به دلیل اصطکاک درون دیسک با افزایش دما تا ۱۰ میلیون درجه‌ی سانتی‌گراد، پرتو ایکس گسیل می‌کند.
دانشمندان دوست دارند اطلاعات بیشتری درباره‌ی این سیاهچاله‌ی عظیم داشته باشند تا بتوانند از چگونگی شکل‌گیری و شرایطی که رشد آن را ممکن کرده است، اطلاعات بیشتری کسب کنند. چند احتمال شامل بزرگ شدن سیاهچاله‌های کوچک‌تر در این زمینه وجود دارد، زیرا گردوغبار و گاز محیط اطراف را می‌بلعند. در عوض، سیاهچاله‌های کوچک‌تر ممکن است با هم ادغام شوند و جرم عظیم‌تری ایجاد کنند.
نخستین تصویر از سیاهچاله مرکزی راه شیری
Credit: Event Horizon Telescope Collaboration
به طور کلی، دانشمندان مدل‌های بهبود یافته‌ای برای سیاهچاله‌های با جرم ستاره‌ای و سیاهچاله‌های با جرم متوسط دارند. این اجرام زمانی شکل می‌گیرند که ستارگان بزرگ، چندین برابر جرم خورشید ما، پس از توقف همجوشی هسته‌ای در هم می‌ریزند. با توجه به اینکه آن‌ها دیگر قادر به توقف فروپاشی گرانشی نیستند، به یک جسم قدرتمند گرانشی منقبض می‌شوند که می‌تواند زمان و فضا را در اطراف آن، چنان منحرف کند که نور دیگر نتواند از آن فرار کند.
با تلاش‌هایی مانند نخستین تصویر از سیاهچاله که در ۱۲ مه ۲۰۲۲ به دست آمد، به تدریج در مورد کمان ای* اطلاعات بیشتری کسب می‌کنیم. این تصویر مقادیر ضعیفی از نور ناشی از حرکت مواد داغ شده با سرعت فوق‌العاده به سمت سیاهچاله را ثبت کرد. مرکز سیاهچاله؛ تصویر یک سایه با وضوح بالاست. این تصویربرداری به مجموعه‌ی بزرگی از رصدخانه‌ها در سراسر جهان نیاز داشت، تقریبا به اندازه‌ی زمین که از طریق تلسکوپ افق رویداد (EHT) امکان‌پذیر بود.
موقعیت سیاهچاله‌ی مرکزی راه شیری
Credit: NASA/CXC/Caltech/M.Muno et al.
نوع کهکشان راه شیری و بحث مهم سال ۱۹۲۰
ما دائما در حال گسترش دانش خود درباره‌ی کهکشان راه شیری هستیم، با وجود آنکه تا همین اواخر اخترشناسان تصور می‌کردند که تمام ستارگان آسمان متعلق به کهکشان ما هستند، به گفته‌ی آکادمی ملی علوم آمریکا، در سال ۱۹۲۰ اخترشناسان «هربر کرتیس» (Herber Curtis) و «هارلو شپلی» (Harlow Shapley) «مناظره‌ی بزرگ» را در مورد مقیاس جهان و چشم‌انداز «جهان‌های جزیره‌ای» (کهکشان‌ها) انجام دادند.
در یک سوی بحث، شپلی اعتقاد داشت که کهکشان راه شیری بسیار بزرگ‌تر از تخمین‌های قبلی است و ما در مرکز آن قرار نداریم. او همچنین ادعا کرد که «سحابی‌های مارپیچی» (Spiral Nebulae) مانند آندرومدا بخشی از کهکشان راه شیری هستند. در طرف دیگر بحث، کورتیس ادعاهای شپلی را درباره‌ی ابعاد به مراتب بزرگ‌تر کهکشان راه شیری رد نکرد، اما استدلال کرد که جهان‌های جزیره‌ای (کهکشان‌های) بزرگی مانند آندرومدا وجود دارند که فراتر از مرزهای کهکشان راه شیری قرار دارند.
این اختلاف زمانی حل شد که اندازه‌گیری‌های ادوین هابل از ستارگان متغیر قیفاووسی ثابت کرد که آندرومدا در خارج از کهکشان راه شیری قرار دارد. برآوردهای مدرن حاکی از آن است که کهکشان آندرومدا، نزدیک‌ترین همسایه کهکشان ما، ۲.۵ میلیون سال نوری از ما فاصله دارد.
ستاره‌شناسان می‌توانند شکل کهکشان راه شیری را با نگاه کردن به جمعیت ستارگان آن و همچنین حرکت آن‌ها در سراسر آسمان تخمین بزنند. بدین ترتیب در دهه‌های اخیر ستاره‌شناسان در تلاش بوده‌اند تا به بهترین شکل نوع کهکشان راه شیری را تعیین کنند. بهترین تخمین‌های ما این روزها نشان می‌دهد که راه شیری یک کهکشان مارپیچی میله‌ای است و یک ساختار میله‌ای در سراسر مرکز آن وجود دارد.
موقعیت برخی از ستاره‌ها در کهکشان راه شیری
Credit: NASA/CXC/M.Weiss
یک برخورد کهکشانی در آینده
اکنون می‌دانیم که کهکشان راه شیری در یک گروه محلی از کهکشان‌ها قرار دارد که شامل بیش از ۳۰ کهکشان مانند «آندرومدا» (Andromeda)، «مثلث» (Triangulum) و «لئو ۱» (Leo I) تشکیل شده است. کهکشان راه شیری در حال حاضر با سرعت ۴۰۰ هزار کیلومتر بر ساعت به سمت آندرومدا در حال حرکت است. اگرچه هنوز جای نگرانی نیست، چون این روند سقوط با ابعاد کیهانی تا ۴ میلیارد سال دیگر رخ نخواهد داد.
ناسا و دیگر سازمان‌های فضایی چندین دهه است که برخوردهای کهکشان‌های دوردست را رصد می کنند تا دریابند که ممکن است هنگام برخورد آندرومدا و کهکشان راه شیری با چه چیزی روبه‌رو شویم. این روند جای نگرانی کمی دارد. هر چه طولانی‌تر باشد، این فرآیند جالب نشان می‌دهد که کهکشان‌ها چگونه ممکن است تکامل یابند.
برای نمونه مشاهدات یک برخورد سه طرفه‌ی کهکشانی در سال ۲۰۲۲ با استفاده از تلسکوپ فضایی مشهور هابل، بینش جالبی را به دست داد. بزرگترین عضو گروه، هنگامی که با دو عضو دیگر در مداری بسیار کوچک قرار گرفت، مقداری ماده را با گرانش نسبتا قوی‌تر خود به چنگ آورد. این امر باعث ایجاد رگه‌ی جالبی از گاز، گردوغبار و سایر مواد شد که به سمت کهکشان بزرگ‌تر جریان پیدا کردند و حتی از زمین هم قابل مشاهده بودند.
در حالی که بازوهای کهکشان راه شیری مطمئنا با چنین فرآیندی از بین خواهند رفت، ستاره‌ها نسبتا ایمن هستند چون فضاهای بین آن‌ها بسیار زیاد است. به عبارت دیگر، هنگام برخورد دو کهکشان به دنبال برخورد ستاره‌ها نباشید، چون عملا روی نخواهد داد. با این حال، تولد ستارگان به دلیل مقدار گازی که به کهکشان ما پمپاژ می‌شود، شتاب می‌گیرد و باعث می‌شود کهکشان ما درخشان شود و جمعیت اجرام آن در میلیون‌ها سال آینده پس از برخورد افزایش یابد.
بنابراین منظومه‌ی شمسی خودمان به دلیل خطر کم برخورد ستاره‌ای باید نسبتا ایمن باشد. گفتنی است، ممکن است با پیشروی ادغام، در مسیری کاملا متفاوت، در اطراف مرکز کهکشانی جدید قرار بگیریم.
یک اثر که نتیجه‌ی آن دیده می‌شود این است که صورت‌های فلکی که ما از زمین مشاهده می‌کنیم ممکن است با تغییر مدار ستاره‌ها یا اضافه شدن ستاره های جدید به ترکیب تغییر کنند. گفته می‌شود، این برخورد تا آنجا در آینده اتفاق می‌افتد که ممکن است در هر صورت صورت‌های فلکی که امروز می‌بینیم، به دلیل تولد و مرگ ستاره‌ها پیش از برخورد، تغییر کنند. این تایم‌لپس راه شیری نشان می‌دهد که چگونه آسمان شب در طول زمان تغییر می‌کند.
عجایب کهکشان راه شیری
کهکشان راه شیری علاوه بر اینکه از جنبه‌ی علمی مورد توجه است، همیشه با زیبایی‌هایش ذهن کنجکاو بشر را به خود معطوف کرده است. در اینجا به برخی از عجایب راه شیری اشاره می‌کنیم.
سن زمین ۱۸ سال کهکشانی است
منظومه‌ی شمسی با سرعت حدود ۸۲۸ هزار کیلومتر بر ساعت در فضای میان‌ستاره‌ای حرکت می‌کند و بنابراین حدود ۲۳۰ میلیون سال طول می‌کشد تا یک دور کامل اطراف مرکز کهکشان بچرخد. آخرین باری که سیاره‌ی ۴.۵ میلیارد ساله‌ی ما در همین نقطه قرار داشت، قاره‌ها به شکل متفاوتی قرار داشتند، دایناسورها تازه در حال ظهور بودند، پستانداران هنوز تکامل نیافته بودند و بزرگترین انقراض دسته‌جمعی در تاریخ سیاره‌ی ما در حال وقوع بود.
راه شیری برای همیشه زنده نخواهد بود
همان‌طور که اشاره شد در حدود چهار میلیارد سال آینده کهکشان راه شیری با نزدیک‌ترین همسایه‌ی خود، کهکشان آندرومدا برخورد خواهد کرد و ابَرکهکشان تازه شکل گرفته، منظره‌ای کاملا متفاوت را در آسمان شب سیاره‌ی زمین ایجاد خواهد کرد. این روند هم بخشی از سرگذشت کهکشان‌ها از تولد تا مرگ است.
ما در هاله‌ای تاریک قرار داریم
کهکشان راه شیری در توده‌ای از ماده‌ی تاریک قرار گرفته است که بسیار بزرگ‌تر و پرجرم‌تر از خود کهکشان است. در اواخر دهه‌ی ۱۹۶۰ «ورا روبین» (Vera Rubin) ستاره‌شناس، حضور این هاله‌های نامرئی را در اطراف کهکشان‌ها استنباط کرد. اکنون این هاله‌ی نامرئی ماده‌ی تاریک نام دارد.
نمایی از کهکشان راه شیری
Credit: Babak Tafreshi, Nat Geo Image Collection
بازوهای مارپیچی مناطق ستاره‌زایی هستند
کهکشان راه شیری یک کهکشان مارپیچی میله ای با حداقل دو بازوی مارپیچی برجسته است که در آن تشکیل ستاره فعال رخ می‌دهد. این مناطق میزبان ستارگان درخشان و تازه شکل گرفته‌ای هستند که به کهکشان ظاهر مارپیچی نمادین آن را می‌بخشند.
یک ابرسیاهچاله در مرکز راه شیری خفته است
سیاهچاله‌ی عظیم کمان ای* در پشت ابرهای غلیظ گردوغبار و گاز پنهان شده است. اما اخترشناسان با دنبال کردن مدار ستارگان و ابرهای گازی در نزدیکی مرکز کهکشان، جرم زیاد آن را تشخیص دادهاند. تصور می‌شود که سیاهچاله‌های کلان‌جرم در هسته‌ی اکثر کهکشان‌ها وجود دارند، و برخی از آن‌ها آنقدر حریصانه از مواد مجاور تغذیه می‌کنند که فواره‌های تشعشعی قدرتمندی را که از میلیون‌ها سال نوری دورتر قابل مشاهده است، پرتاب می‌کنند.
دیسک راه شیری تاب‌دار است
دیسک کهکشان راه شیری صاف نیست. به احتمال زیاد به دلیل تعامل با کهکشان های ماهواره ای مانند ابرهای ماژلانی، تاب خورده است. این تاب خوردگی با استفاده از ستاره‌های تپنده نقشه‌برداری شده است و ساختار پیچ‌خورده‌ی کهکشان را آشکار می‌کند.
مرکز کهکشان در حال وزش باد داغ است
کهکشان راه شیری حباب‌های عظیمی از گازهای بسیار داغ و ذرات پرانرژی را می‌دمد. این حباب‌های موسوم به «فرمی» (Fermi) که تا فاصله‌ی زیادی در بالا و زیر صفحه‌ی کهکشانی کشیده شده‌اند، مستقیما از مرکز کهکشان بیرون می‌آیند و بادی که با سرعت بیش از ۳ میلیون کیلومتر بر ساعت می‌وزد، تغذیه می‌شوند. دلیل وجود حباب‌ها دقیقا مشخص نیست اما دانشمندان فکر می‌کنند که می‌توانند با مرگ و زایش شدید ستاره‌ها در منطقه‌ی اطراف سیاهچاله‌ی مرکزی مرتبط باشند.
ابرهای گازی در حال فرار از کهکشان هستند
به تازگی مشخص شده است که بیش از صد ابر گاز هیدروژنی با سرعت حدود ۱ میلیون و ۱۸۸ هزار کیلومتر بر ساعت از هسته‌ی کهکشان دور می‌شوند. به گفته‌ی دانشمندان این ابرها می‌توانند به عنوان نوعی ردیاب برای فرآیندهای قدرتمندی که حباب‌های فرمی غول‌پیکر را تولید می‌کنند، عمل کنند.
کهکشان راه شیری یک جزیره در رودخانه‌ای از ستاره‌هاست
راه شیری کهکشان‌هایی را که خیلی نزدیک می‌شوند، در خود جذب می‌کند. در طول سال‌ها، دانشمندان ده‌ها جریان ضعیف از ستاره‌ها را شناسایی کرده‌اند که بقایای کهکشان‌های گذشته هستند. این رودخانه‌های ستاره‌ای شبح‌مانند زمانی شکل گرفتند که گرانش قوی‌تر کهکشان راه شیری، کهکشان‌های کوچک‌تر را از هم پاشید و رشته‌های درخشانی از بقایای آن‌ها را باقی گذاشت.
کهکشان‌های کوتوله در اطراف کهکشان راه شیری
Credit: ESA
عکاسی از راه شیری
عکاسی از کهکشان راه شیری، به یک آسمان تاریک، یک فصل خوب (به طور کلی زمستان تا ابتدای پاییز)، مقداری فاصله از آلودگی نوری و توانایی استفاده از تجهیزات مناسب عکاسی برای گرفتن نور ضعیف آن نیاز دارد. خوشبختانه، کهکشان راه شیری هم در نیم‌کره‌ی شمالی و هم در نیم‌کره‌ی جنوبی قابل مشاهده است و می‌توان آن را با استفاده از آیتم‌های استاندارد عکاسی آماتوری ثبت کرد.
اگر می‌توانید، در طول روز به منطقه‌ی عکاسی مورد نظرتان بروید چون احتمالا می‌خواهید آنجا را برای بهترین زاویه‌ها جست‌وجو کنید. تصاویر خوب راه شیری از مناظر زمینی هم به روش‌های خلاقانه بهره می‌برند، بنابراین به دنبال ویژگی‌های طبیعی جالب و برجسته مانند کوه‌ها، تخته سنگ‌ها یا دیگر شکل‌های صخره‌ای باشید.
بعد نوبت عکاسی از آسمان شب است. به طور کلی از سه پایه استفاده کنید، تجهیزات خود را روی حالت تایم‌لپس تنظیم کنید و آماده باشید تا تنظیمات، فوکوس‌ها و لنزهای مختلف را آزمایش کنید. برای مبتدیان راهنمای کاملی درباره‌ی روش‌های عکاسی نجومی وجود دارد که می‌توانید مطالعه کنید.
بابک امین تفرشی در حال عکاسی از راه شیری در آرایه‌ی بزرگ میلی‌متری/زیرمیلی‌متری آتاکاما در شیلی
Credit: ESO/B. Tafreshi
آینده‌ی پژوهش‌های راه شیری
همان‌طور که اشاره شد، راه شیری رازهای بسیاری در دل خود دارد و بشر همچنان به کندوکاو در آن ادامه می‌دهد. برای نمونه مأموریت گایا از زمان آغاز فعالیت، سه به‌روزرسانی برای کاتالوگ عظیم ستارگان خود ارائه داده است. ستاره‌شناسان از سراسر جهان به تجزیه‌وتحلیل داده‌ها در جست‌وجوی الگوها و یافته‌های جدید می‌پردازند.
داده‌های گایا هم‌اکنون مقالات تحقیقاتی بسیاری تولید می‌کند و حداقل تا سال ۲۰۲۵ به نقشه‌برداری از کهکشان ادامه خواهد داد، تا زمانی که فضاپیما در سلامت کامل باشد و کاتالوگی که تهیه کرده است، ستاره‌شناسان را برای دهه‌های آینده مشغول کار پژوهشی خواهد کرد.
پیش از گایا، بزرگترین مجموعه داده درباره‌ی موقعیت و فواصل ستارگان در راه شیری از مأموریتی به نام هیپارکوس به نام ستاره‌شناس یونان باستان به دست آمد. هیپارکوس تنها حدود ۱۰۰ هزار مورد از درخشان‌ترین ستاره‌ها را در همسایگی خورشید دید، در حالی که گایا یک میلیارد ستاره را دربر گرفته است و داده‌های دقیق‌تری را هم شامل می‌شود. حتی با وجود اینکه گایا کمتر از ۱ درصد از ستارگان کهکشان را می‌بیند، ستاره‌شناسان می‌توانند یافته‌های خود را تعمیم دهند و رفتار کل کهکشان راه شیری را مدل کنند.
جمع‌بندی
در این مطلب نگاهی جامع به ویژگی‌های کهکشان راه شیری داشتیم. راه شیری، یک کهکشان مارپیچی میله‌ای با قدمت حدود ۱۳.۶ میلیارد سال است که در دل خود یک سیاهچاله‌ی کلان‌جرم به نام کمان ای* جای گرفته است. این کهکشان مملو از اجرام گوناگون مانند ستاره‌ها، سیاره‌ها، سحابی‌ها و ساختارهای دیگر است که در برهم‌کنش گرانشی با یکدیگر مجموعه‌ی کهکشان را شکل دادهاند، آن را در مسیر تکامل خود پیش می‌برند و زیبایی‌های کیهانی می‌آفرینند.
منابع: Space, NASA, How Stuff Works, National Geographic, Quanta Magazine
