کهکشان راه شیری دیسکی تـ*ـخت نیست، بلکه پیچ‌وتاب دارد

MacTavish · 27/8/19

ستاره‌شناسان نقشه سه‌بُعدی از کهکشان راه‌ شیری منتشر کردند که نشان می‌دهد کهکشانی که در آن زندگی می‌کنیم، دیسکی تـ*ـخت نیست، بلکه پرپیچ‌وتاب است.

باوجود تصاویر کلاسیکی که تقریبا همه‌ی ما در ذهن داریم، کهکشان راه شیری، دیسک تختی نیست که پیش‌تر تصور می‌کردیم. پژوهشی که چند ماه قبل منتشر شد شواهدی را از پیچ‌وتاب اطراف لبه‌های کهکشان ما نشان می‌داد و اکنون نتایج پژوهش دیگری نیز همان فرض را این بار به دقتی خارق‌العاده به اثبات می‌رساند.

تیمی از دانشگاه ورشو در لهستان نقشه‌ای سه‌بعُدی جدیدی را با بهره بردن از فواصل موجود بین ستارگانی موسوم به «ستاره‌ متغیر قیفاووسی (Cepheid)» ترسیم کردند که تأیید می‌کند، کهکشان راه شیری پرپیچ‌وتاب است. ستارگان متغیر قیفاووسی، ستارگانی نسبتا جوان هستند و روشنایی بسیار بالایی نیز دارند. این میزان روشنایی حتی در فواصل بسیار دور (در مقیاس نجومی) به ستاره‌شناسان این امکان را می‌دهد که به وسیله‌ی گرد و غبار و ابرهای بین‌ستاره‌ای رصدشان کنند. چنین ستارگانی تپش‌های منظمی از نور نیز پدید می‌آورند که ستاره‌شناسان نیز از همین تغییرات ۲۴۳۱ ستاره‌ی متغیر قیفاووسی توانستند برای تشخیص شکلِ کهکشان راه شیری استفاده کنند.

پژوهشی که مروژ و همکارانش به‌تازگی نتایج آن را منتشر کردند، بخشی از پروژه‌ نجوم لهستان، آزمایش‌های لنز گرانشی نوری است. این پروژه سنجش بزرگی در مقیاس عظیم است که به بررسی ساختار کهکشانی، ماده تاریک و جستجوی سیارات خارج از منظومه شمسی می‌پردازد. این پروژه تاکنون توانسته شمار ستارگان متغیر دلتای قیفاووسی در کهکشان ما را به بیش از دو برابر برساند، چیزی که درست به‌مانند بهبود وضوح یک تصویر است.

ستاره‌شناسان لهستانی از تلسکوپ ورشو واقع در ارتفاعات رشته‌ کوه‌های آند شیلی برای رصد ستارگان متغیر قیفاووسی بهره بردند

ستاره‌شناسان در این پژوهش جامع، اطلاعات پروژه‌ی آزمایش‌های لنز گرانشی نور را با اطلاعات موجود از ستارگان متغیر قیفاووسی در «کاتالوگ عمومی ستارگان متغير (GCVS)»، «ارزیابی‌های خودکارِ تمام آسمان (ASAS)»، «نقشه‌برداری خودکار تمام آسمان برای ابرنواختر (ASAS-SN)»، «سامانه آخرین هشدارِ برخورد سیارکی -زمین (ATLAS)» و «کاتالوگ انتشار اطلاعات گایای ۲ (Gaia DR2)» ادغام کردند. به عبارت دیگر، این پروژه‌ی دانشمندان لهستانی، پروژه‌ای کاملا نقشه‌بردارانه بود. در پژوهشی که چند ماه قبل منتشر شد، مشاهدات مربوط به ستارگان متغیر قیفاووسی نیز مورد استفاده قرار گرفتند، اما اطلاعات جدید، دقت و جزئیاتِ غیرقابل‌انکاری را فراهم کردند که به مشاهداتی که قبلا در مورد شکل موج‌دار کهکشان راه شیری داشتیم افزوده است.

قلبِ کهکشان راه شیری پر پیچ‌وتاب و موج‌دار است
در واقع، وقتی شکل دقیق کهکشان توسط ستاره‌شناسان برآورد می‌شود، کمتر مدل‌سازی و گمانه‌زنی در کار است، بلکه تنها مشاهدات دقیق در این امر دخیل است. می‌دانیم که کهکشان راه شیری یک کهکشان مارپیچی است و برای کهکشان‌هایی مانند کهکشان ما، چندان غیر عادی نیست که در اطراف لبه‌هایشان دارای پیچ‌وتاب‌هایی نیز باشند. اما نکته غیر عادی این است که این پیچ‌وتاب شامل ستارگان جوان کهکشان نیز می‌شود. یک احتمال این است که دیسک بیرونی کهکشان راه شیری به آرامی در حال حرکت است؛ اما هنوز به وسیله‌ی دیسک داخلی عظیمش به درون کهکشان کشیده می‌شود و به این ترتیب به‌جای یک دیسک تـ*ـخت، دیسکی به شکل S کشیده را شکل داده است.

در این تصویر مفهومی می‌توانید شکل دیسک ستاره‌ای کهکشان راه شیری را مشاهده کنید که پرپیچ‌وتاب و به مانند یک S کشیده به نظر می‌رسد

این تصویر جدید از دیسک کهکشانی، منطقه مرکزی کهکشان راه شیری که بزرگ‌ترین و درخشان‌ترین ستارگان کهکشان در آن جای گرفته‌اند، از تجزیه و تحلیل بیش از ۲۰۰۰ هزار ستاره غول‌پیکرِ کهکشان حاصل شده است. در حالی که نقشه‌های قبلی به این شکل پیچ‌و‌تاب‌ها اشاره داشتند؛ اما صرفا به شبیه‌سازی‌ها و مشاهدات کهکشان‌های دیگر متکی بودند. بااین‌حال، دانشمندان در پژوهش جدید خود گزارش دادند نقشه جدید، اولین نقشه‌ای است که با سنجش‌های مختلف صورت گرفته از هزاران ستاره، تأیید می‌کند، قلبِ کهکشان راه شیری پر پیچ‌وتاب است.

پرژمک مروژ، یکی از همکاران این پژوهش و از اعضای پروژه‌ «آزمایش‌های لنز گرانشی نوری (OGLE)» در این مورد ابزار داشت:

نقشه ما نشان می‌دهد دیسک (کهکشان) راه شیری تـ*ـخت نیست.

دکتر دوروتا اسکورون پژوهشگر ارشد این تیم از دانشگاه ورشو توضیح می‌دهد، اخترفیزیکدانان از دهه‌ ۱۹۵۰ می‌دانستند کهکشان راه شیری به شکل مارپیچ است. در طی چند دهه، مشاهدات و شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای تصور ما از کهکشان خودمان تصحیح شده است. تا پایان قرن بیستم، بررسی‌های مقیاس بزرگ آسمان که ستارگان را شمارش می‌کرد و میزان درخشندگی آن‌ها را اندازه می‌گرفت، به دانشمندان این امکان را داد که تعداد بازوهای مارپیچی کهکشان راه شیری را تخمین بزنند و تنگاتنگی این مارپیچ‌ها را توصیف کنند، اما ابهامات هنوز هم سر جای خود بودند.

دکتر اسکورون در بیانیه‌ای رسمی گفت:

به‌عنوان مثال، نقشه حاصل از «نقشه‌برداری دیجیتال آسمان اسلون (SDSS)» دو بازوی مارپیچ را نشان داد؛ در حالی که اطلاعات «کاوشگر نقشه‌بردار فروسرخ میدان وسیع (WISE)»، چهار بازوی مارپیچ را نشان می‌دهد. بازسازی ما از تاریخ شکل‌گیری ستارگان نشان می‌دهد چهار ساختار بازوی مارپیچی با آنچه می‌بینیم مطابقت دارد.

ستارگان متغییر قیفاووسی دارای روشنایی بسیار بالا بوده و تا ۱۰ هزار برابر از خورشید ما داغ‌تر هستند. اسکورون گفت نبض تپنده این ستارگان متغیر قیفاوووسی این امکان را به دانشمندان می‌دهد که میزان روشنایی آن‌ها را تعیین کنند و سپس فاصله مستقیم ستارگان را با دقت بسیار بالاتر از ۵ درصد محاسبه نمایند.

مروژ در این همین رابـ*ـطه گفت:

در حالی که پیچ‌و‌تاب‌های دیسک کهکشانی قبلا تشخیص داده شده بود، اما اکنون اولین‌بار است که می‌توانیم از ابزارهای جداگانه‌ای برای رهگیری شکل کهکشان به‌صورت سه‌بعدی استفاده کنیم. این پیچ‌خوردگی ممکن است ناشی از برهم‌کنش‌های گذشته با کهکشان‌های اقماری، گاز بین کهکشانی یا ماده تاریک باشد.

اسکورون در ادامه افزود، موقعیت‌های هزاران ستاره‌ی‌ متغیر قیفاووسی در سرتاسر کهکشان راه شیری می‌تواند به‌عنوان یک «استاندارد طلایی» برای بررسی سؤالات بیشتر در مورد کهکشان راه شیری و کهکشان‌های دیگر مورد استفاده قرار گیرد و به ابهاماتی مانند نحوه شکل‌گیری این دیسک‌های پیچ‌وتاب خورده، چگونگی مهاجرت ستاره‌های کهکشان پس از تولد، شکل مدارهای ستاره‌ای در یک کهکشان پر پیچ و‌تاب پاسخ دهد.

رخداد بزرگ بعدی برای کهکشان ما، راه شیری برخورد با کهکشان آندرومدا است که قرار است حدود ۵ میلیارد سال دیگر اتفاق بیافتد

آندریژ اودالسکی، ستاره‌شناسی از دانشگاه ورشو و یکی دیگر از اعضای این تیم نیز گفت:

برای نخستین بار، از تمامِ کهکشان ما، لبه به لبه‌ی دیسکش به وسیله‌ی فواصل دقیق و واقعی نقشه‌برداری کردیم.

دکتر اسکورون می‌گوید، ستارگان متغیر قیفاوسی به دلایل متعددی برای بررسی کهکشان راه شیری ایدئال هستند. او در ادامه توضیح می‌دهد، ستارگان متغیر قیفاووسی، ستاره‌های فوق‌درخشانی هستند که ۱۰۰ تا ۱۰ هزار برابر روشن‌تر از خورشید ما هستند. بنابراین می‌توانیم، این دست ستارگان را در حاشیه‌ی کهکشان خودمان تشخیص دهیم. این ستارگان نسبتا جوان هستند و عمری کمتر از ۴۰۰ میلیون سال دارند؛ از این جهت می‌توانیم ستارگان متغیر قیفاووسی را در نزدیکی زادگاهشان پیدا کنیم.

کهکشان راه شیری تقریبا بعد از بیگ بنگ یا انفجار بزرگ شکل گرفت که در حدود ۱۳٫۸ میلیارد سال قبل نقطه‌ی آغاز جهان ما بود. و خورشید ما هم تقریبا ۲۶ هزار سال نوری از سیاهچاله‌ی مرکز کهکشان ما فاصله دارد و حدود ۴٫۵ میلیارد سال قبل شکل گرفته است. تصور می‌شود که کهکشان راه شیری حداقل ۱۵۰ هزار سال نوری (هر سال نوری برابر با ۹ تریلیون –هر تریلیون یک هزار میلیارد- کیلومتر است) قطر داشته باشد و دارای ۴۰۰ میلیارد ستاره و دست‌کم ۱۰۰ میلیارد سیاره باشد.

نقشه‌برداری از کهکشانی که در آن زندگی می‌کنیم اصلا ساده نیست، اما ستاره‌شناسان توانستند در این مورد به نتایج شگرفی دست پیدا کنند. هر چقدر ستاره‌شناسان مشاهدات بیشتری انجام دهند و اطلاعات بیشتری جمع‌آوری کنند، تصویر بهتر و کامل‌تری از کهکشانی که در آن زندگی می‌کنیم به دست خواهند آورد و این می‌تواند به دانشمندان کمک کند بُعد وسیع‌تری از کیهان، مکان ماده‌ی مرموز تاریک و کهکشان‌های مجاور راه شیری را بررسی کنند و اطلاعات بیشتری از آن به دست بیاورند.