آشنایی با نحوه به وجود آمدن کهکشان ها

به طور کلی به مجموعه ای از تریلون ستاره، گرد، غبار و دیگر مواد تاریک کهکشان می گویند که به علت جاذبه در کنار یک دیگر قرار گرفته اند. در اصطلاحی دیگر به کهکشان های کوچک، کوتوله نیز می گویند که برخوردار از صد ها میلیون ستاره هستند. این در حالی است که بسیاری از کهکشان های غول پیکر دارای صد تریلون ستاره هستند و همه آن ها در اطراف مرکز جرمی در حال چرخش هستند. در ادامه این مطلب با ما همراه شوید تا به خوبی با نحوه به وجود آمدن کهکشان ها آشنا شوید.همچین گفتنی می باشد که بسیاری از کهکشان ها در گروه هایی به اسم خوشه های کهکشانی در کنار یک دیگر قرار می گیرند و این شرایط در بین صد الی هزاران کهکشان در حال تغییر است.

آشنایی با نحوه به وجود آمدن کهکشان ها

به مانند بسیاری از شاخه‌ های علوم طبیعی، ستاره‌شناسان و کیهان‌ شناسان همیشه می‌خواهند پاسخ این سوال را بدانند که چگونه به این شرایط رسیدند؟ چه چیزی باعث شد که کهکشان‌ها و خوشه‌ های کهکشانی، ابر خوشه‌ ها، حفره‌ ها و رشته‌ ها به این شکل به نظر برسند؟ وجود چنین رشته های بزرگی از کهکشان ها و حفره ها معمای جالبی است زیرا ما شواهدی داریم که در بیگ بنگ مورد بحث قرار می گیرد و مبنی بر این است که جهان حتی چند صد هزار سال پس از تشکیل بسیار صاف بوده است. چالش پیش روی نظریه پردازان این است که بفهمند چگونه یک جهان تقریبا بدون ویژگی به دنیای پیچیده و توده ای تبدیل شد که در حال حاظر و امروز می بینیم.

با مشاهدات و درک کنونی خود از تکامل کهکشان ها در زمان کیهانی، ماده تاریک و ساختار آن ها در مقیاس بزرگ، اکنون آماده هستیم تا به این سوال در رابطه با برخی از بزرگترین مقیاس های ممکن در جهان هستی پاسخ دهیم. همان طور که در برخی مقاله ها به آن اشاره شده است؛ پاسخ کوتاه به نحوه به وجود آمدن کهکشان ها و این که جهان چگونه به این راه رسید؛ ماده تاریک، گرانش، زمان است.

• چگونگی شکل گیری

در پی آشنایی با نحوه به وجود آمدن کهکشان ها، شکل گیری و چگونگی گسترش آن ها باید چنین گفت که کهکشان‌ ها در گذشته‌ های دور بسیار زیادتر، اما کوچک‌ تر، آبی‌ تر و کلوخی تر از امروز بوده‌اند، و ادغام کهکشان‌ها نقش مهمی در تکامل آن ها دارد. در عین حال، ما اختروش‌ ها و کهکشان‌ هایی را مشاهده کرده‌ ایم که در زمانی که جهان کمتر از یک میلیارد سال سن داشت، نور خود را ساطع کردند. بنابراین می‌ دانیم که تراکم‌ های بزرگ ماده حداقل در همان اوایل شروع به شکل‌گیری کرده بودند. ما همچنین در کهکشان‌ های فعال، کوازارها، و سیاه چاله‌ های کلان جرم دیدیم که اختروش‌های زیادی در مراکز کهکشان‌ های بیضوی یافت می‌شوند.

به طور کلی این بدان معناست که برخی از اولین غلظت‌ های بزرگ ماده باید به کهکشان‌ های بیضی شکلی تبدیل شده باشند که در جهان امروزی می‌بینیم. به نظر می رسد که سیاهچاله های بسیار پر جرم در مراکز کهکشان ها و توزیع کروی ماده معمولی در اطراف آن ها در همان زمان و از طریق فرآیندهای فیزیکی مرتبط شکل گرفته باشند. تأیید چشمگیر آن تصویر تنها در دهه گذشته به دست آمد، زمانی که ستاره شناسان یک رابطه تجربی عجیب را کشف کردند: همان طور که در کهکشان های فعال، کوازارها، و سیاهچاله های کلان جرم دیدیم، هر چه کهکشان جرم بیشتری داشته باشد، سیاهچاله مرکزی آن نیز جرم بیشتری دارد. به نحوی، سیاهچاله و کهکشان به اندازه کافی درباره یکدیگر می دانند تا با مقدار گسترش خود مطابقت داشته باشند.

• معرفی انواع تشکیل کهکشان ها

در ابتدای مطلب گفتنی می باشد که منظور از بیضوی ها که در ادامه این قسمت بدان بیشتر اشاره می کنیم آن است که ییضوی از دیگر کهکشان های دایره شکل به شمار می ایند که برخوردار از بازو های مارپیچی نیز هستند. این کهکشان در نوع خود بسیار است و شکل یکسان آن ها در ساختار به نشان سن زیاد و افزایش عمر آن ها است. همچنین تشکیل ستاره ها در این نوع کهکشان ها متوقف شده است.

به طور کلی دو نوع اصلی از مدل‌ های نحوه به وجود آمدن کهکشان ها، مشاهده شده است که به طور کلی در شرح زیر است.

اولی ادعا می‌کند که کهکشان‌ های بیضوی عظیم در یک فروپاشی سریع گاز و ماده تاریک تشکیل شده‌اند که طی آن تقریبا تمام گاز به سرعت به ستاره تبدیل شده است. پس از آن، کهکشان ها به آرامی با تکامل ستارگان تغییر کردند. این همان چیزی است که اخترشناسان آن را موضوع بالا به پایین می نامند.

مدل دوم نشان می‌ دهد که بیضوی‌ های غول‌ پیکر امروزی بیشتر از طریق ادغام کهکشان‌ های کوچک‌تر که قبلاًحداقل بخشی از گاز خود را به ستاره تبدیل کرده‌اند، شکل گرفته‌ است. به عبارت دیگر، ستاره شناسان در مورد اینکه آیا بیضی های غول پیکر بیشتر ستارگان خود را در کهکشان بزرگی که امروز می بینیم تشکیل داده اند یا در کهکشان های کوچک جداگانه ای که با هم ادغام شدند، بحث کرده اند.

• سن اختروش و کهکشان ها چگونه تخمین شده است؟

از آنجایی که ما برخی از اختروش های درخشان را از زمانی که کیهان کمتر از یک میلیارد سال سن داشته است می بینیم، احتمالاً حداقل برخی از بیضوی های غول پیکر تکامل خود را خیلی زود از طریق فروپاشی یک ابر واحد آغاز کرده اند. با این حال، بهترین شواهد چنین نشان می‌دهد که کهکشان‌های بیضوی غول‌ پیکر بالغ مانند آن‌ هایی که در نزدیکی آن‌ها می‌بینیم، قبل از اینکه کیهان حدود ۶ میلیارد سال سن داشته باشد، کمیاب بوده‌ اند و امروزه بسیار رایج‌ تر از زمان جوانی در جهان هستند. مشاهدات همچنین نشان می دهد که بیشتر گاز موجود در کهکشان های بیضوی تا زمانی که کیهان حدود ۳ میلیارد سال سن داشته باشد به ستاره تبدیل شده است.

بنابراین به نظر می رسد که از آن زمان کهکشان های بیضوی ستاره های جدید زیادی تشکیل نداده اند. اغلب گفته می شود که آن ها قرمز و مرده هستند، یعنی عمدتا حاوی ستاره های قدیمی، خنک و قرمز هستند و شکل گیری ستاره جدیدی در حال انجام است یا اصلاً وجود ندارد. این مشاهدات وقتی با هم در نظر گرفته شوند، نشان می‌ دهند که کهکشان‌ های بیضوی غول‌ پیکری که ما در نزدیکی آن‌ ها می‌ بینیم از ترکیب مکانیسم‌ های بالا به پایین و پایین به بالا تشکیل شده‌اند، با پرجرم‌ ترین کهکشان‌ ها در متراکم‌ ترین خوشه‌ ها که هر دو فرآیند خیلی زود و سریع اتفاق افتاده‌اند. در تاریخ کیهان وضعیت کهکشان های مارپیچی ظاهراً بسیار متفاوت است.

همچنین برآمدگی های این کهکشان ها مانند کهکشان های بیضوی زود شکل گرفته اند.

• مواد تشکیل دهنده در این فرایند چه نقشی ایفا کرده اند؟

گفتنی می باشد که ستارگان در قرص کهکشان راه شیری از ستارگان برآمدگی و هاله جوان تر هستند، از این رو قرص ها بعدا تشکیل شدند و همچنان حاوی گاز و غبار هستند. با این حال، سرعت تشکیل ستاره در مارپیچ های امروزی حدود ده برابر کمتر از ۸ میلیارد سال پیش است. تعداد ستارگان در حال شکل گیری با مصرف گاز کاهش می یابد. بنابراین به نظر می‌رسد که مارپیچ‌ ها عمدتاً از پایین به بالا تشکیل می‌شوند، اما در مدت زمان طولانی‌تری نسبت به بیضوی‌ ها و به روشی پیچیده‌ تر و با حداقل دو فاز مجزا هستند.

• گسترش برآمدگی های مارپیچی

برآمدگی های هسته ای برخی کهکشان های مارپیچی از فرو پاشی یک ابر پیش کهکشانی منفرد تشکیل شده اند و برخی دیگر در طول زمان از طریق ادغام با کهکشان های کوچکتر رشد کردند. هابل در ابتدا فکر می کرد که کهکشان های بیضوی جوان هستند و در نهایت به مارپیچ تبدیل می شوند، ایده ای که اکنون می دانیم درست نیست. در واقع به احتمال بیشتری بر عکس این موضوع دلالت دارد و دو مارپیچ که تحت گرانش متقابل خود به هم برخورد می‌کنند، می‌توانند به یک بیضوی تبدیل شوند. با وجود این پیشرفت‌ها در درک ما از چگونگی شکل‌گیری و تکامل کهکشان‌ ها، سؤالات بسیاری باقی می‌ماند.

برای مثال، با توجه به شواهد فعلی، حتی ممکن است که کهکشان‌ های مارپیچی در یک رویداد ادغام، بازو ها و قرص‌ های مارپیچی خود را از دست بدهند و بیشتر شبیه یک کهکشان بیضوی یا نامنظم به نظر برسند و بعدا اگر گاز کافی باقی بماند، دوباره آن ها را به دست آورند. همچنین داستان این که کهکشان ها چگونه شکل نهایی خود را به خود می گیرند، همچنان در حال نگارش است، زیرا در مورد کهکشان ها و محیط آن ها نیاز به آموزش های بیشتری می باشد.

همچنین تشکیل خوشه های کهکشان، ابرخوشه ها، حفره ها و رشته ها این چنین به نظر می‌ رسد که کهکشان‌ های منفرد عمدتا با جمع‌ کردن قطعات کوچک‌ تر به صورت گرانشی در کنار هم و در طول زمان کیهانی  در نحوه به وجود آمدن کهکشان ها نقش موثری داشته اند.
قابل به ذکر است که مشاهدات شواهد فزاینده‌ای برای غلظت‌ ها، رشته‌ ها، خوشه‌ ها و ابرخوشه‌ های کهکشانی در زمانی که کیهان کمتر از ۳ میلیارد سال سن داشت، پیدا شده است. این بدان معناست که غلظت‌های زیادی از کهکشان‌ها در زمانی که کیهان کمتر از یک چهارم قدمت کنونی دارد گرد هم آمده بودند.

• ادغام کهکشان ها در یک خوشه دور

ظاهراً چندین کهکشان درست در هسته وجود دارند که در حال ادغام با هم هستند، که علت احتمالی انفجار عظیم تشکیل ستاره و تابش فرو سرخ درخشان از خوشه را دارا است. تقریباً تمام مدل‌ های مورد علاقه در حال حاضر از چگونگی شکل‌ گیری ساختار در مقیاس بزرگ در جهان، داستانی شبیه به کهکشان‌ های منفرد را چنین روایت می‌کنند؛ دانه‌ های ماده تاریک کوچک در سوپ داغ کیهانی پس از انفجار بزرگ بر اثر گرانش به ساختار های بزرگ‌ تر و بزرگ‌ تری تبدیل شدند.

بنابراین، اخترشناسان سخت کار می‌کنند تا آن ویژگی‌ های ساختار های مقیاس بزرگ را اندازه‌گیری و سپس مدل‌سازی کنند که در نهایت بتوانند راز و نحوه به وجود آمدن کهکشان ها را کشف کنند. تاکنون، ترکیبی از ۵ درصد اتم‌های عادی، ۲۷ درصد ماده تاریک سرد و ۶۸ درصد انرژی تاریک را بهترین راه برای توضیح همه شواهد موجود در حال حاضر به نظر می‌رساند که این موضوع در رابطه با بینگ بنگ نیز صادق است.

• چگونگی محاسبه گسترش آن ها

گفتنی است که رشد ساختار در مقیاس بزرگ توسط ابر رایانه ها محاسبه می شود. از توزیع نسبتاً صاف ماده تاریک و گاز، با تعداد کمی کهکشان در ۲ میلیارد سال اول پس از انفجار بزرگ تا رشته‌ های بسیار توده‌ ای از کهکشان‌ ها با حفره‌ های بزرگ امروزی می توان چگونگی محاسبه گسترش آن ها را تخمین زد.

همان طور که در مقاله رازهای سر به مهر جهان هستی مطالعه کردید، زمانی که کیهان تنها چند صد هزار سال قدمت داشت، همه چیز در دمای چند هزار درجه بود. نظریه پردازان پیشنهاد می کنند که در آن زمان اولیه، تمام گازهای داغ در حال ارتعاش بودند. این ارتعاش می توانست ماده را در قله هایی با چگالی بالا متمرکز کند و فضا های خالی تری بین آن ها ایجاد کند. وقتی کیهان سرد شد، غلظت ماده منجمد شد و در نهایت کهکشان‌ها از ماده ای در همان مناطق با چگالی بالا شکل گرفتند.

در ابتدای مطلب برای آشنایی با نحوه به وجود آمدن کهکشان ها  همان طور که گفتیم، توزیع ماده اعم از نورانی و تاریک تقریبا اما نه کاملاً دقیق، صاف و یکنواخت بود. این نه کاملا کلید همه چیز است. اینجا و آنجا توده هایی وجود داشت که چگالی ماده همانند نورانی و تاریک کمی بیشتر از حد متوسط ​​بود. در ابتدا، هر توده منبسط شد زیرا کل جهان در حال انبساط بود. با این حال، با ادامه انبساط جهان، نواحی با چگالی بیشتر جرم بیشتری به دست آوردند، زیرا نیروی گرانشی کمی بزرگتر از حد متوسط ​​بر مواد اطراف اعمال می کردند. همچنین اگر کشش گرانش به داخل به اندازه کافی زیاد بود، نواحی منفرد متراکم تر در نهایت از انبساط باز می ایستند. سپس آن ها شروع به فرو ریختن به حباب هایی با شکل نامنظم کردند که این اصطلاح فنی برای ستاره شناسان است، که استفاده می کنند.

• غلظت مواد به چه صورت است؟

در بسیاری از مناطق فرو پاشی در یک جهت بسیار سریع‌ تر بود. بنابراین غلظت ماده کروی نبود و بلکه شبیه توده‌ های غول‌ پیکر که هر کدام بسیار بزرگتر از کهکشان‌ های منفرد بودند، مشاهده شدند.
این توده ها در سراسر جهان اولیه و در جهت های مختلف قرار داشتند که با سرعت های متفاوتی فرو می ریختند. این توده ها چارچوبی را برای ساختار های رشته ای و حباب مانندی در مقیاس بزرگ فراهم کردند که امروزه در کیهان حفظ شده اند. سپس جهان به ساختن خود طبق نظریه از پایین به بالا ادامه داد.

در داخل توده‌ها نیز ابتدا ساختار های کوچک‌ تری شکل گرفتند و سپس با هم ادغام شدند تا سازه‌ های بزرگ‌تری بسازند. اولین غلظت متراکم ماده که فروپاشید به اندازه کهکشان‌ های کوتوله کوچک یا خوشه‌ های کروی بود که به توضیح این که چرا خوشه‌ های کروی قدیمی‌ ترین موجودات راه شیری و اکثر کهکشان‌ های دیگر هستند، کمک می‌کند.

سپس این قطعات به تدریج جمع شدند تا نحوه به وجود آمدن کهکشان ها، خوشه های کهکشانی و در نهایت ابرخوشه های کهکشانی بسازند. برخی از ستارگان ممکن است حتی قبل از به وجود آمدن اولین خوشه های ستاره ای و کهکشان ها شکل گرفته باشند. همچنین برخی از برخورد های کهکشان باعث انفجار های عظیم تشکیل ستاره شد و برخی از این برخورد ها منجر به تشکیل سیاهچاله ها شد که قابل به ذکر می باشد در آن محیط غنی و شلوغ، سیاهچاله‌ ها غذای ثابتی پیدا کردند و به جرم افزایش یافتند. سپس توسعه سیاهچاله‌ های عظیم باعث ایجاد اختروش‌ ها و دیگر هسته‌ های کهکشانی فعال شد که جریان‌ های قدرتمند انرژی و ماده آن‌ ها در تشکیل ستاره و در کهکشان‌ های میزبانشان را متوقف کرد.

• حقایق جالب جهان ابتدایی

جهان اولیه باید مکانی هیجان انگیز بوده باشد و در رابطه با نحوه به وجودآمدن کهکشان ها باید چنین گفت که خوشه‌ های کهکشانی به‌ عنوان کهکشان‌ های منفرد که توسط جاذبه گرانشی متقابلشان به کنار یکدیگر کشیده شده‌ اند، تشکیل شدند. گفتنی است که در ابتدا، چند کهکشان گرد هم آمدند تا گروه‌ هایی را تشکیل دهند که بسیار شبیه به گروه های قبلی بودند.

سپس گروه ها شروع به ترکیب برای تشکیل خوشه ها و در نهایت ابرخوشه ها کردند. این مدل پیش‌بینی می‌ شود که خوشه‌ ها و ابرخوشه‌ ها هنوز در حال جمع شدن کنار یکدیگر هستند و مشاهدات در واقع نشان می‌دهند که خوشه‌ ها هنوز در حال جمع‌ آوری دسته‌ های کهکشان‌ های خود هستند و گاز بیشتری را در طول رشته‌ ها جمع‌آوری می‌کنند.

همچنین در برخی موارد ما حتی کل خوشه های کهکشانی را می بینیم که با هم ادغام می شوند. بیشتر کهکشان های بیضوی غول پیکر از برخورد و ادغام بسیاری از قطعات کوچکتر تشکیل شده اند. برخی از کهکشان های مارپیچی ممکن است از طریق برخورد ستاره ها، گاز و ماده تاریک بیشتری تشکیل شده باشند و ستاره هایی که از این برخورد ها به دست می آیند اکنون هاله های خود را پر می کنند و بر آمدگی هایی ایجاد می کند.

همان طور که در این مطلب از آشنایی با نحوه به وجود آمدن کهکشان ها مطالعه کردید، کهکشان راه شیری ما هنوز در حال گرفتن کهکشان های کوچک و اضافه کردن آن ها به هاله خود است و احتمالاً گاز تازه این کهکشان ها را نیز به دیسک کهکشانی خود می کشد.

منبع : آرگا