علوم پایه, فیزیک 1425 بازدید

کهکشان مجموعه عظیمی از گاز، گرد و غبار، میلیاردها ستاره و منظومه شمسی خودش است که همگی توسط گرانش نگه داشته شده اند. در این مطلب قصد داریم در مورد انواع کهکشان‌ها، نحوه به وجود آمدن آن‌ها و کهکشان‌های شناخته شده‌تر توضیح دهیم. به شما پیشنهاد می‌کنیم اگر موضوعی به عنوان کهکشان برای شما جالب است خواندن این مطلب را از دست ندهید.

فهرست مطالب این نوشته پنهان کردن

کهکشان چیست؟

ما در سیاره ای به نام زمین زندگی می‌کنیم که بخشی از منظومه شمسی کهکشان ما است. اما منظومه شمسی ما کجاست؟ قسمت کوچکی از کهکشان راه شیری است که به طور مفصل می‌توانید در مورد آن‌ها در مطالب منظومه شمسی و کهکشان راه شیری بخوانید.

کهکشان مجموعه عظیمی از گاز، گرد و غبار، ستاره و منظومه شمسی مربوط به خود است. اجزای یک کهکشان توسط نیروی جاذبه کنار هم نگه داشته می‌شوند. کهکشان ما یعنی کهکشان راه شیری دارای یک سیاهچاله بسیار سنگین در میانه خود است که گرانش بسیار بالای این سیاه چاله سبب می‌شود که اجزای کهکشان در کنار هم باقی بمانند.

وقتی به ستاره‌های آسمان شب نگاه می‌کنید ستاره‌های دیگری را در کهکشان راه شیری می‌بینید. اگر واقعاً نقطه‌ای که در آن ایستاده‌اید تاریک و به دور از نور شهرها و خانه‌ها باشد، می‌توانید گروه‌های غبارآلود راه شیری را که به آسمان کشیده شده‌اند را ببینید.
غیر از ما کهکشان‌های بسیار زیادی وجود دارد تعداد آن‌ها به قدری زیاد است که ما حتی شاید قادر به شمردن همه‌ آن‌ها نباشیم!

تلسکوپ فضایی هابل به مدت 12 روز فضای کوچکی در آسمان را مورد بررسی قرار داد و توانست 10 هزار کهکشان با هر اندازه، شکل و رنگ رصد کند. برخی دانشمندان باور دارند که بیش از صد میلیارد کهکشان در جهان وجود دارد.

بعضی از کهکشان‌ها مانند کهکشان ما مارپیچ شکل هستند. آن‌ها بازوهای خمیده‌ای دارند که آن را مانند یک چرخ‌دنده نشان می‌دهد. کهکشان‌های دیگری نیز وجود دارند که شکلی صاف و بیضی دارند و کهکشان‌های بیضوی نامیده می‌شوند.

همچنین کهکشان‌هایی وجود دارد که مارپیچ یا بیضی نیستند. آن‌ها شکل نامنظمی دارند و شبیه حباب هستند. نوری که از هر یک از این کهکشان‌ها می‌بینیم از ستاره‌های درون این کهکشان‌ها ناشی می‌شود.

انواع کهکشان ها
تصویر ۱: این نمودار تصاویر شماتیک سه نوع اصلی کهکشان (بالا) و عکس‌های واقعی کهکشان (پایین) را نشان می‌دهد.

گاهی اوقات کهکشان‌ها بیش از حد به هم نزدیک می‌شوند و به یکدیگر برخورد می‌کنند. محققان اعتقاد دارند که کهکشان راه شیری ما روزی به آندرومدا نزدیکترین کهکشان در اطراف ما برخورد خواهند کرد. اما در حال حاضر جای نگرانی نیست زیرا این اتفاق در حدود پنج میلیارد سال دیگر رخ می‌دهد.

با این حال حتی اگر این اتفاق فردا هم رخ دهد ممکن است متوجه آن نشوید زیرا کهکشان‌ها آنقدر بزرگ هستند که حتی اگر به یکدیگر برخورد کنند سیارات و منظومه‌های شمسی آن‌ها اغلب به هم برخورد نمی‌کنند.

برای آشنایی بیشتر با کهکشان‌ها، می‌توانید فیلم آموزش مقدماتی نجوم – نجوم باستان تا کیهان شناسی را مشاهده کنید که توسط فرادرس ارائه شده، لینک این آموزش در ادامه آورده شده است.

  • برای دیدن فیلم آموزش مقدماتی نجوم – نجوم باستان تا کیهان شناسی + کلیک کنید.

انواع کهکشان‌ها

قبل از قرن 20 دانشمندان اطلاعی از وجود کهکشان‌هایی غیر از کهکشان راه شیری نداشتند. محققین پیشین آن‌ها را به عنوان «سحابی» (Nebulae) طبقه‌بندی کرده بودند زیرا آن‌ها مانند ابرهای فازی به نظر می‌رسیدند.

سحابی
تصویر ۲: بخشی از آسمان با بسیاری سحابی‌ در اطراف R Coronae Australis که یک دوتایی متغیر در صورت فلکی «تاج استرالیس» (Corona Australis) است.

اما در دهه 1920 ستاره شناس سرشناس یعنی ادوین هابل نشان داد که سحابی آندرومدا در نوع خود یک کهکشان است ولی از آنجا که از ما بسیار دور است بیش از 2٫5 میلیون سال طول می‌کشد تا نور از آندرومدا عبور کند و به ما برسد. با وجود فاصله بسیار زیاد، آندرومدا نزدیکترین کهکشان بزرگ به کهکشان راه شیری است و در آسمان شب به قدری روشن است که با چشم غیر مسلح در نیمکره شمالی قابل مشاهده است.

کهکشان آندرومدا
تصویر ۳: کهکشان آندرومدا که نزدیکترین کهکشان به راه شیری است.

در سال 1936 هابل راهی برای طبقه‌بندی کهکشان‌‌ها ارائه داد و آن‌ها را در چهار نوع اصلی دسته‌بندی کرد:

  • کهکشان‌‌های مارپیچی
  • کهکشان‌های عدسی
  • کهکشان‌های بیضوی
  • کهکشان‌های نامنظم

در ادامه ویژگی‌های اصلی این کهکشان‌ها را بیان می‌کنیم.

کهکشان‌های مارپیچی

بیش از دو سوم کهکشان‌های مشاهده شده کهکشان‌های مارپیچی هستند. یک کهکشان مارپیچی دارای یک دیسک مسطح و در حال چرخش با برجستگی مرکزی است که توسط بازوهای مارپیچی احاطه شده است. این حرکت چرخشی با سرعت صدها کیلومتر در ثانیه احتمالاً باعث می‌شود که ماده موجود در دیسک مانند یک چرخ‌دنده کیهانی شکل مارپیچی متفاوتی پیدا کند. کهکشان راه شیری ما نیز مانند دیگر کهکشان‌های مارپیچی یک میله ستاره‌ای و خطی در مرکز خود دارد.

کهکشان مارپیچ
تصویر ۴: تصویری ترکیبی از کهکشان Messier 81 (M81) یا آندرومدا چیزی را نشان می‌دهد که اخترشناسان آن را کهکشان مارپیچی طرح بزرگ می‌نامند که در آن‌ها هر یک از بازوها تا مرکز خم شده‌اند. M81 که در حدود 12 میلیون سال نوری از ما فاصله دارد و در صورت فلکی دب اکبر واقع شده، یکی از درخشان‌ترین کهکشان‌های قابل مشاهده توسط تلسکوپ از زمین است.

از معروفترین کهکشان‌های مارپیچ می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • کهکشان آندرومدا – کهکشان مارپیچی در گروه محلی
  • راه شیری – کهکشان مارپیچی حاوی منظومه شمسی ما
  • کهکشان چرخ‌سنجاقی – کهکشان مارپیچی در صورت فلکی دب اکبر
  • کهکشان آفتابگردان
  • کهکشان مثلث
  • کهکشان گرداب

کهکشان‌های مارپیچی از چندین بخش مشخص تشکیل شده‌اند:

  • یک دیسک تخت و چرخنده از ستارگان و ماده بین ستاره‌ای که بازوهای مارپیچ آن اجزای برجسته‌ای هستند.
  • یک برآمدگی ستاره‌ای مرکزی از ستارگان عمدتاً قدیمی‌تر که شبیه کهکشان بیضوی است.
  • توزیع میله‌ای شکل ستاره‌ها
  • هاله‌ای تقریباً کروی از ستاره ها، از جمله بسیاری هاله در خوشه‌های کروی
  • سیاهچاله‌ای بزرگ در مرکز برآمدگی مرکزی
  • هاله تقریباً کروی ماده تاریک

اهمیت نسبی اجزای مختلف این نوع از کهکشان‌ها از نظر جرم، روشنایی و اندازه از کهکشانی به کهکشان دیگر متفاوت است.

بازو‌های مارپیچ

بازوهای مارپیچی یا Spiral arms مناطقی از ستارگان است که از مرکز کهکشان‌های مارپیچی و بسته منشعب شده است. این مناطق باریک و طولانی به مارپیچ شباهت دارند و از این رو نام کهکشان‌های مارپیچی را به آنها می‌دهند. به طور طبیعی طبقه‌بندی‌های مختلف کهکشان‌های مارپیچی دارای ساختار بازویی متمایز هستند. به عنوان مثال کهکشان‌های Sc و SBc بازوهای بسیار سست دارند در حالی که کهکشان‌های Sa و SBa شامل بازوهای محکم و بسته‌ای هستند. در هر صورت بازوهای کهکشان‌های مارپیچی شامل تعداد بسیار زیادی ستاره‌های جوان و آبی هستند که بازوها را بسیار روشن می‌سازد.

برآمدگی کهکشانی

برآمدگی یا Bulge یک گروه بزرگ و کاملاً بسته از ستارگان است. این اصطلاح به گروه مرکزی ستارگان موجود در بیشتر کهکشان‌های مارپیچی گفته می‌شود. با استفاده از طبقه‌بندی هابل برآمدگی کهکشان‌های Sa معمولاً از ستارگان جمعیت‌$$II$$ تشکیل شده که ستاره‌های قرمز و قدیمی با جنس فلز کم را شامل می‌شوند. بعلاوه برآمدگی کهکشان‌های Sa و SBa زیاد است.

در مقابل برآمدگی کهکشان‌های Sc و SBc بسیار کوچکتر است و از ستارگان جوان و آبی جمعیت‌$$I$$ تشکیل شده‌اند. برخی از برآمدگی‌های کهکشان مارپیچ خواصی مشابه کهکشان‌های بیضوی دارند.

تصور می‌شود بسیاری از برآمدگی‌ها یک سیاهچاله بزرگ در مراکز خود دارند. به عنوان مثال در کهکشان خودمان یعنی کهکشان راه شیری جسمی به نام Sagittarius $$A^{\star}$$ وجود دارد که محققان معتقدند این جسم یک سیاهچاله بزرگ است. شواهد زیادی برای وجود سیاهچاله‌ها در مراکز کهکشان مارپیچی وجود دارد از جمله وجود هسته‌های فعال در برخی از کهکشان‌های مارپیچی و اندازه گیری‌های دینامیکی که توده‌های مرکزی فشرده زیادی را در کهکشان‌هایی مانند NGC 4258 پیدا کرده‌اند.

میله ستاره‌ای

وجود میله‌ای شامل ستاره‌ها تقریباً در دو سوم کهکشان‌های مارپیچی مشاهده می‌شود. حضور این میله‌های ستاره‌ای ممکن است قوی یا ضعیف باشد. در کهکشان‌های مارپیچی و کهکشان‌های عدسی لبه‌دار گاهی اوقات می‌توان حضور میله ستاره‌ای را با ساختاری خارج شده از صفحه X یا شکلی شبیه پوسته بادام زمینی مشخص کرد.

هاله ستاره‌ای

توده ستارگان در کهکشان مارپیچی یا نزدیک به یک صفحه واحد (صفحه کهکشانی) در مدارهای دایره‌ای اطراف مرکز کهکشان و یا در یک کره‌ اطراف هسته کهکشان قرار دارند.

با این حال برخی از ستارگان در یک هاله کروی یا در یک کره کیهانی که نوعی از هاله کهکشانی است قرار دارند. رفتار مداری این ستارگان مورد بحث است اما ممکن است این ستارگان مدارهای معکوس یا منحرف از مرکز را به نمایش بگذارند و یا اینکه در اصولاً در مدارهای منظم حرکت نکنند. ستارگان هاله ستاره‌ای ممکن است از کهکشان‌های کوچکی که در کهکشان مارپیچی قرار می‌گیرند و با هم ادغام می‌شوند به وجود آیند. به عنوان مثال کهکشان کروی کوتوله Sagittarius در مرحله ادغام با کهکشان راه شیری است و مشاهدات نشان می‌دهد که برخی از ستارگان هاله راه شیری از این کهکشان ایجاد شده است.

برخلاف دیسک کهکشانی به نظر می رسد هاله ستاره‌ای عاری از گرد و غبار است و در نتیجه ستاره‌های موجود در هاله کهکشانی از نوع جمعیت$$II$$ است که از نظر سن بسیار مسن تر و از نظر جنس فلزی بسیار پایین‌تر از پسر عموهایشان در جمعیت دیسک کهکشانی هستند. با این حال نوع ستارگان موجود در هاله ستاره‌ای مشابه ستارگان موجود در برآمدگی کهکشانی است.

کهکشان های بیضوی

نام کهکشان‌های بیضوی از شکل ظاهری آن‌ها پدید آمده است. این کهکشان‌ها به طور کلی گرد هستند اما می‌توانند در امتداد یک محور بیشتر از امتداد محور دیگر کشیده شوند به طوری که برخی از آن‌ها ظاهری شبیه به سیگار برگ می‌گیرند. بزرگترین کهکشان‌‌های شناخته شده جهان کهکشان‌های بیضوی غول پیکر هستند که می‌توانند تا یک تریلیون ستاره را در خود داشته باشند و در محدوده دو میلیون سال نوری را پوشش دهند. کهکشان‌های بیضوی ممکن است کوچک نیز باشند که در این صورت کهکشان‌های بیضوی کوتوله نامیده می‌شوند.

کهکشان بیضوی
تصویر ۵: گرد و غبار کیهانی در میان NGC 1316 که یک کهکشان بیضوی غول‌پیکر است که میلیاردها سال پیش هنگام ادغام دو کهکشان مارپیچی تشکیل شده است. ستاره‌شناسان خوشه‌های ستاره سرخ موجود در NGC 1316 را مورد بررسی قرار دادند تا مشخص کنند که این کهکشان عظیم در واقع در اثر برخورد اجسام بزرگ آسمانی ایجاد شده است.

کهکشان‌های بیضوی حاوی تعداد زیادی ستارگان قدیمی، غبار کم و مواد بین ستاره‌ای هستند. ستارگان آن‌ها مانند آنهایی که در دیسک کهکشان‌های مارپیچی هستند در مدار مرکز کهکشانی می‌چرخند اما چرخش آن‌ها در جهت‌های تصادفی صورت می‌گیرد. همچنین تعداد کمی ستاره جدید در شکل‌گیری کهکشان‌های بیضوی شناخته شده است. این ستارگان نیز در خوشه‌های کهکشان رایج هستند.

از انواع کهشکان‌های بیضوی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • M49
  • M59
  • M89

مشخصه اصلی کهکشانهای بیضوی چندین مورد است که آن‌ها را از سایر طبقات کهکشان متمایز می‌کند.

  • آنها توده‌های کروی یا بیضی شکل ستاره‌ها هستند که از گازهای ستاره‌ای باقی مانده‌اند.
  • کوچکترین کهکشان بیضوی شناخته شده تقریباً یک دهم اندازه کهکشان راه شیری است.
  • حرکت ستارگان در کهکشانهای بیضوی برخلاف دیسک‌های کهکشانهای مارپیچی که تحت چرخش قرار دارند عمدتاً شعاعی است.
  • در این کهکشان‌ها ماده بین ستاره ای بسیار کمی وجود دارد (نه گاز و نه گرد و غبار) که منجر به سرعت کم تشکیل ستاره، خوشه‌های ستاره‌ای باز و ستاره‌های جوان می‌شود.
  • در این کهکشان‌ها ستارگان پیر بیشتر یافت می‌شود و به همین دلیل رنگ این کهکشان‌ها سرخ است.
  • کهکشانهای بیضوی بزرگ معمولاً دارای سیستم گسترده‌ای از خوشه‌های کروی هستند.

خصوصیات دینامیکی کهکشان‌های بیضوی و برآمدگی کهکشان‌های دیسک مشابه هستند که نشان می‌دهد ممکن است این دو گروه توسط فرآیند‌های مشابه فیزیکی تشکیل شده باشند.

بررسی داده‌های مربوط به درخشندگی کهکشان‌های بیضوی و برآمدگی‌ها کاملا مطابق با قانون سرسیک است و طیف وسیعی از روابط بین پارامترهای ساختاری کهکشان‌های بیضوی و جمعیت آن‌ها را توضیح می‌دهد.

قانون سرسیک (یا مدل سرسیک یا نمایه سرسیک) یک تابع ریاضی است که نحوه تغییر شدت کهکشان $$I$$ با فاصله از مرکز آن یعنی $$R$$ را توصیف می‌کند.

هر کهکشان بیضوی عظیم شامل یک سیاهچاله بزرگ در مرکز خود است. مشاهدات مربوط به 46 کهکشان بیضوی، 20 برآمدگی کلاسیک و 22 شبه‌برآمدگی نشان می‌دهد که هر کدام دارای یک سیاهچاله در مرکز خود هستند. جرم سیاهچاله ارتباط تنگاتنگی با جرم کهکشان دارد.

کهکشان‌های بیضوی معمولاً در خوشه‌های کهکشانی و در گروه‌های کوچکتر کهکشان‌ها یافت می‌شوند. برخلاف کهکشان‌هایی با ساختار مارپیچ مسطح، کهکشان‌های بیضوی سه بعدی‌تر ، بدون ساختار اضافی هستند و ستارگان آن‌ها در به صورت تصادفی در اطراف مرکز هستند.

کهکشان های عدسی

کهکشان‌های عدسی، مانند کهکشان نمادین Sombrero مابین کهکشان های بیضوی و مارپیچی قرار دارند. به این کهکشان ها، کهکشان‌های عدسی می‌گویند زیرا شبیه لنزها هستند. همانند کهکشان‌های مارپیچی این کهکشان‌ها نیز دارای یک دیسک نازک و چرخان از ستارگان و یک برآمدگی مرکزی هستند اما بازوهای مارپیچی ندارند. همچنین مانند کهکشان‌های بیضوی این کهکشان ها گرد و غبار و ماده بین ستاره‌ای کمی دارند و به نظر می‌رسد که بیشتر در مناطق پرجمعیت فضا تشکیل می‌شوند.

کهکشان‌های عدسی
تصویر ۶: یک کهکشان از نوع کهکشان عدسی

کهکشان‌های نامنظم

کهکشان‌هایی که مارپیچ، عدسی یا بیضوی نباشند کهکشان های نامنظم نامیده می‌شوند. کهکشان های نامنظم، مانند ابرهای بزرگ و کوچک ماژلانی که در کنار کهکشان راه شیری قرار دارند بد شکل و فاقد شکل مشخصی به نظر می‌رسند. دلیل این موضوع اغلب این است که این کهکشان ها تحت تاثیر گرانشی کهکشان های دیگر که در نزدیکی آن‌ها است قرار دارند. این کهکشان ها پر از گاز و گرد و غبار هستند که آن‌ها را تبدیل به مکان خوبی برای تشکیل ستاره‌های جدید می‌کند.

کهکشان نامنظم
تصویر ۷: سحابی کدینگتون (IC 2574) یک کهکشان نامنظم کوتوله کم نور است.

سحابی «کدینگتون» (Coddington) یا IC 2574 یک کهکشان نامنظم کوتوله کم نور است که با سرعت 55 کیلومتر در ثانیه از ما دور می‌شود. عرض آن حدود 50 هزار سال نوری است و در حدود 12 میلیون سال نوری از ما در صورت فلکی شمالی دب اکبر واقع شده است. IC 2574 عضوی از گروه کهکشان‌های آندرومدا (Messier 81) است.

یک کهکشان چگونه پدید می‌آید؟

بر اساس نظریات محققین اولین ستارگان جهان حدود 180 میلیون سال پس از انفجار بزرگ به وجود آمده‌اند. بررسی‌ها نشان می‌دهد که انفجار بزرگ ۱۳٫۸ میلیارد سال پیش رخ داده است که این اتفاق به عنوان منشاء عالم شناخته می‌شود.

انفجار بزرگ
تصویر ۸: تاریخ جهان با شروع انفجار بزرگ. یک میلیارد سال پس از انفجار بزرگ، اتم‌های هیدروژن به طرز مرموزی در یک سوپ یون تجزیه شدند.

بر اساس شواهد تشکیل اولین کهکشان‌ به دلیل گرانش و در زمانی که عمر عالم تنها ۴۰۰ میلیون سال یا کمتر از 3 درصد از سن فعلی آن بوده رخ داده است.

ستاره شناسان اکنون باور دارند که تقریباً همه کهکشان‌ها، به استثنای برخی از آن‌ها در هاله‌های عظیمی از ماده تاریک جاسازی شده‌اند. همچنین مدل‌های نظری نشان می‌دهد که در اوایل جهان مقدار زیاد ماده تاریک، جاذبه مورد نیاز برای جمع شدن مواد عادی را در اولین کهکشان‌ها فراهم آورده است.

اما هنوز سوالات بدون پاسخ در مورد نحوه شکل‌گیری کهکشان‌ها وجود دارد. برخی معتقدند کهکشان‌ها از خوشه‌های کوچکتر حدود یک میلیون ستاره تشکیل شده‌اند که به عنوان خوشه‌های کروی شناخته می‌شوند در حالی که برخی دیگر معتقدند که کهکشان‌ها ابتدا تشکیل شده‌اند و سپس خوشه‌های کروی به دنیا آمده‌اند. همچنین دشوار است که بفهمیم چه تعداد از ستاره‌های یک کهکشان از گاز خود کهکشان تشکیل شده‌اند یا اینکه در کهکشان دیگری تشکیل شده و بعداً به این کهکشان پیوسته‌اند. جواب به این سوالات ممکن است با دستیابی به تلسکوپ‌های قوی و مشاهده ابتدای عالم امکانپذیر شود.

اندازه و جرم کهکشان‌ها چه قدر است؟

جرم اکثر کهکشان ها بین $$10^{7}\ M_{⊙}$$ و $$10^{12}\ M_{⊙}$$ است (منظور از $$M_{⊙}$$ یک واحد استاندارد جرم در نجوم است و مقدار آن تقریباً معادل $$2\times 10^{30}$$ کیلوگرم است). اندازه آن‌ها و در واقع قطر آن‌ها از مرتبه چند کیلوپارسک است (پارسک یک واحد طول است که برای اندازه‌گیری فواصل بزرگ اجرام نجومی خارج از منظومه شمسی استفاده می‌شود. یک پارسک تقریباً برابر با 31 تریلیون کیلومتر یا 19 تریلیون مایل یا 210,000 واحد نجومی است و تقریباً برابر با 3٫3 سال نوری است) تا بیش از صد کیلوپارسک می‌رسد. راه شیری به عنوان یک کهکشان شامل بیش از 100 میلیارد ستاره از جمله خورشید است و قطر دیسک ستاره‌ای آن در حدود 50 کیلوپارسک تخمین زده می‌شود. همچنین اندازه هاله ستاره‌ای کروی تا 100 kpc و اندازه هاله ماده تاریک ممکن است حتی فراتر از این باشد.

برای مطالعه بیشتر در زمینه تعیین جرم کهکشان‌ها اینجا را مطالعه کنید.

پارسک
تصویر ۹: در این تصویر می‌توان گفت که فاصله بین ستاره به زمین (خط قرمز رنگ) و فاصله بین ستاره به خورشید (خط سبز رنگ) می‌تواند نشان‌دهنده اندازه‌گیری شعاع باشد. یک رادیان (رادیان در امتداد دایره اندازه‌گیری شده است) برابر با 57٫2958 درجه یا 206,265 آرک‌ثانیه است. بنابراین یک ستاره با اختلاف قدر یک آرک‌ثانیه باید 206،265 برابر فاصله زمین و خورشید باشد.

خوشه‌های کهکشانی و ادغام آن‌ها

کهکشانها در عالم دائماً از طریق تکامل، ادغام و برهمکنش با دیگر کهکشانها در حال تغییر هستند. در ابتدای عالم که هنوز در کهکشانها ستاره‌ای تشکیل نشده بود دسته‌ای از کهکشان‌ها به نام کهکشان‌های اولیه موجودیت داشتند که تنها شامل ماده تاریک و گاز بودند.

فرض بر این است که بعضی از این کهکشان‌های اولیه هنوز ممکن است وجود داشته باشند و در واقع ممکن است دسته‌ای از کهکشان‌های تاریک وجود داشته باشد که شرایط مناسبی برای تشکیل ستاره‌ها ندارند. این کهکشان‌ها فقط از ماده تاریک و گاز ساخته شده اند.

برخی کهکشان‌ها تکی و منفرد هستند و برخی دیگر به صورت جفت وجود دارند. ولی در هر صورت در بیشتر اوقات این کهکشان‌‌ها بخشی از مجموعه‌های بزرگتر هستند که به عنوان گروه، خوشه و ابرخوشه شناخته می‌شوند. به عنوان مثال راه شیری ما در یک گروه محلی قرار دارد، این گروه محلی که در حدود 10 میلیون سال نوری است، شامل کهکشان آندرومدا و ماهواره‌های آن نیز می‌شود.

گروه محلی و خوشه‌های کهکشانی همسایه آن «خوشه ویرگو» (Virgo Cluster) هر دو در بزرگترین ابرخوشه ویرگو واقع شده‌اند. ابرخوشه ویرگو شامل فضای متراکمی از کهکشان‌ها است که عرض آن حدود 100 میلیون سال نوری تخمین زده می‌شود.

خوشه ویرگو
تصویر ۱۰: خوشه غول‌پیکر ویرگو حاوی بیش از هزار کهکشان است. منطقه مرکزی که در اینجا دیده می‌شود شامل عظیم‌ترین عضو خوشه یعنی M87 درست در زیر مرکز است.

ابرخوشه ویرگو نیز عضوی از Laniakea است، این ابرخوشه شامل $$100,000$$ کهکشان است که منجمان در سال 2014 موفق به کشف آن شدند.

ابرخوشه Laniakea
تصویر ۱۱: ابرخوشه محلی کهکشان‌ها که Laniakea نام دارد. هر نقطه نور در تصویر نمایشگر یک کهکشان است و یک ستاره نیست.

کهکشان‌ها در خوشه‌ها به دلیل نیروی گرانش متقابل اغلب در یک برهمکنش دینامیکی پویا با یکدیگر هستند و این موضوع سبب می‌شود که حتی با هم ادغام شوند.

وقتی دو کهکشان با هم برخورد می‌کنند و با هم ادغام می‌شوند گازها به سمت مرکز کهکشان جریان پیدا می‌کنند که می‌تواند پدیده‌هایی مانند تشکیل سریع ستارگان را موجب شوند. براساس پیش‌بینی محققان کهکشان راه شیری در حدود ۴٫۵ میلیارد سال دیگر با کهکشان آندرومدا برخورد کرده و ادغام می‌شود.

برخورد کهکشان راه شیری و آندرومدا

فیلم شبیه‌سازی شده از برخورد کهکشان آندرومدا و کهکشان راه شیری را می‌توانید در ادامه مشاهده کنید. همان‌گونه که در فیلم نیز بیان می‌شود، قطر آندرومدا $$22,000$$ سال نوری است که دو برابر قطر کهکشان راه شیری است. آندرومدا ۱ تریلیون ستاره دارد که این مقدار نیز دوبرابر تعداد ستارگان کهکشان راه شیری است. این کهکشان ۲٫۵ میلیون سال نوری از ما فاصله دارد و با سرعت ۱۲۰ کیلومتر بر ثانیه به کهکشان ما نزدیک می‌شود. طبق بررسی‌ها تا ۴٫۵ میلیون سال دیگر آندرومدا و راه شیری با هم برخورد می‌کنند.

چند کهکشان در عالم وجود دارد؟

در مجموع هابل تخمین زده است که حدود 100 میلیارد کهکشان در هستی وجود دارد اما با پیشرفت فن‌آوری تلسکوپ در فضا این تعداد احتمالاً به حدود 200 میلیارد کهکشان افزایش می‌یابد.

در سال 1995 ستاره شناسان تلسکوپ را به سمت منطقه‌ای خالی به نام «دب اکبر» (Ursa Major) تنظیم کردند و مشاهدات 10 روزه خود را جمع‌آوری کردند. جمع‌آوری نتایج به دست آمده نشان داد بیش از 3000 کهکشان کوچک در یک قاب به قدر درخشندگی ۳۰ وجود دارند. (برای مقایسه درخشانی این کهکشان‌‌ها برای مثال قدر درخشانی ستاره شمالی یا قطبی تقریباً 2 است).

صورت فلکی دب اکبر
تصویر ۱۲: صورت فلکی دب اکبر

این ترکیب تصویری «میدان عمیق هابل» (Hubble Deep Field) نامیده شد و دورترین فاصله‌ای بود که کسی در آن زمان توانسته بود مشاهده کند.

با توسعه تکنیک‌های تصویربرداری تلسکوپ هابل، ستاره شناسان این آزمایش را دو بار دیگر در سال 2003 و 2004 تکرار کردند.  دانشمندان دامنه دید «فرا عمیق هابل» (Ultra Deep Field) را به گونه‌ای توسعه دادند که توانستند در زمانی برابر با یک میلیون ثانیه حدود 10 هزار کهکشان را در یک نقطه کوچک از صورت فلکی Fornax مشاهده کنند.

صورت فلکی Fornax یک صورت فلکی نامشخص است که در نیمکره جنوبی قرار دارد. خوشه کهکشان Fornax بخشی از این صورت فلکی است و یکی از بزرگترین کهکشان‌های خوشه‌ای است و با فاصله 60 میلیون سال نوری در رتبه دوم از نظر فاصله با کهکشان راه شیری قرار دارد.

صورت فلکی Fornax
تصویر ۱۳: صورت فلکی Fornax

در سال 2012 دانشمندان با استفاده از ابزارهای به روز شده و با استفاده از تلسکوپ هابل بخشی از میدان «فوق العاده عمیق» (eXtreme Deep Field) را بررسی کردند. آن‌ها متوجه شدند که حتی با محدود کردن فضای مورد بررسی، حدود 5500 کهکشان وجود دارد.

نحوه شکل‌گیری کهکشان‌ها

شکل ظاهری و آرایش کهکشان‌ها در طی میلیاردها سال در اثر تعاملات با گروه‌های ستارگان و کهکشان‌های دیگر شکل گرفته است. اگرچه ما به طور قطعی نمی‌دانیم کهکشان‌ها چگونه شکل گرفته‌اند و به اشکال مختلفی که امروزه می‌بینیم رسیده‌اند، اما درباره ریشه و تکامل آنها ایده‌هایی داریم. با استفاده از ابررایانه ها دانشمندان می‌توانند به گذشته نگاه کنند و نحوه تشکیل یک کهکشان در اوایل جهان و تبدیل شدن به آنچه امروز می‌بینیم را شبیه‌سازی کنند.

مشاهدات ستاره‌شناس ادوین هابل به این فکر منجر شد که جهان در حال انبساط است. دانشمندان بر اساس میزان انبساط سن جهان را ۱۳٫۸ میلیارد سال تخمین می‌زنند.

ادوین هابل
تصویر ۱۴: ادوین هابل که توسط تلسکوپ‌اش توانست انبساط عالم را توضیح دهد.

از آنجا که هرچه عمیقتر به فضا نگاه کنید جزئیات بیشتری از تاریخچه عالم به دست می‌آورید می‌توان نتیجه گرفت که کهکشان‌ها چند میلیارد سال نوری از ما فاصله دارند و بلافاصله پس از انفجار بزرگ تشکیل شده‌اند. در حالی که بیشتر کهکشانها در اوایل عالم شکل گرفته‌اند داده‌ها نشان می‌دهد که برخی از کهکشان‌ها در چند میلیارد سال گذشته شکل گرفته‌اند که از نظر کیهانی چند میلیارد سال زمان خیلی دوری نیست.

جهان اولیه عمدتاً با هیدروژن و هلیوم پر شده بود و بعضی مناطق کمی متراکم‌تر از مناطق دیگر بود. این مناطق متراکم انبساط عالم را کند کرده و اجازه می‌دهند هیدروژن و هلیوم در ابرهای کوچکی که در فضا می‌چرخند جمع شوند. گرانش باعث فروپاشی گاز موجود در این ابرها و تشکیل اولین نسل ستاره‌ها می شود ولی ستاره‌های اولیه به سرعت می‌سوزند.

نیروی گرانش همچنین باعث فروپاشی ابرها می‌شود. وقتی ابرها به یکدیگر نزدیک می‌شوند نیروی جاذبه آن‌ها را به سمت یکدیگر منحرف کرده و ابرها را به مجموعه‌هایی بزرگتر و چرخان تبدیل می‌کند. با ترکیب شدن بیشتر ابرها این مجموعه‌های بزرگ و چرخان به دیسک‌های چرخان تبدیل می‌شوند که گاز و گرد و غبار بیشتری جمع می‌کنند. با تشکیل ستارگان جدید، بازوهای مارپیچی گسترده‌ای از ستارگان ایجاد می‌شود. در این زمان خوشه‌های کروی همراه با هاله‌ای از گاز، گرد و غبار و ماده تاریک در امتداد محیط قرار می‌گیرند.

گرچه تلسکوپ هابل قادر به دیدن اولین کهکشان‌ها نیست اما می‌تواند روند توسعه کهکشان‌ها را در زمان کیهانی طولانی بررسی کند. مجموعه تصاویر عمیق هابل و دیگر بررسی‌های عمیق کهکشان‌ها در فواصل مختلف عالم و در زمان‌های متفاوت تکامل توانسته حقایق زیادی از تشکیل کهکشان‌ها را روشن سازد. کهکشان‌های دورتر که در اوایل پیدایش عالم دیده می‌شوند ساختار ساده‌تری دارند. کهکشان‌های نزدیکتر که با بالا رفتن سن عالم تشکیل شده و  مشاهده می‌شوند، رشد کرده و شبیه کهکشان‌های آشنایی هستند که در عالم کنونی مشاهده می‌کنیم.

تغییر عناصر موجود در عالم
تصویر ۱۵: تغییر عناصر موجود در عالم با گذشت زمان

لیست کهکشان‌های کشف شده در عالم

عالم شامل مکان، زمان و محتویات آن‌ها از جمله سیارات، ستارگان، کهکشان‌ها و همه اشکال دیگر ماده و انرژی است.

همانطور که گفتیم یک کهکشان شامل سیستم‌های ستاره‌ای و ماده بین ستاره‌ای است که جهان را تشکیل می‌دهد. در این قسمت چندین کهکشان را که در تحقیقات مختلف پرکاربرد هستند و مورد استفاده قرار گرفته‌اند را معرفی می‌کنیم.

انسان همیشه به کشف راز عالم کنجکاو و مشتاق بوده است. این کنجکاوی او را به سمت کشف شگفتی‌های جهان و شکوه و عظمت کیهان سوق می‌دهد که تاکنون دیده نشده است. لیست کهکشان‌های زیر نتیجه روشن و مصداق بارز این کنجکاوی است.

آندرومدا

این کهکشان یک کهکشان مارپیچی است که تقریباً ۲٫۵ میلیون سال نوری از زمین فاصله دارد و نزدیکترین کهکشان بزرگ به کهکشان راه شیری است. این کهکشان بزرگترین عضو خوشه محلی است که کهکشان راه شیری نیز در آن قرار دارد. با این حال جالب است بدانید که این کهکشان سنگین‌ترین عنصر خوشه محلی نیست.

از آنجا که این کهکشان نزدیکترین کهکشان مارپیچی به ما است، ستاره شناسان از کهکشان آندرومدا برای درک منشأ و تکامل این نوع از کهکشانها استفاده می‌کنند.

کهکشان آندرومدا دارای دو هسته بسیار چگال است. این کهکشان نه تنها در مرکز خود یک خوشه ستاره‌ای عظیم دارد بلکه دارای حداقل یک سیاهچاله فوق العاده عظیم در هسته است.

کهکشان آندرومدا دارای حداقل دو بازوی مارپیچی، به علاوه یک حلقه گرد و غبار است. شواهد نشان می دهد که ممکن است این حلقه گرد و غبار از کهکشان کوچکتر M32 ایجاد شده باشد.

حداقل 450 خوشه کروی در اطراف کهکشان آندرومدا در حال چرخش هستند. برخی از آن‌ها از پرجمعیت‌ترین خوشه‌های کروی هستند که تاکنون دیده شده‌اند.

آندرومدا
تصویر ۱۶: کهکشان آندرومدا معروف به M31، بزرگترین کهکشان همسایه راه شیری است. این عکس یک تصویر از ده تصویری است که توسط فضاپیمای Galaxy Evolution Explorer در سال 2003 گرفته شده است. در این تصویر مناطق سفید-آبی در امتداد بازوهای کهکشان ناحیه‌های تشکیل ستارگان جوان و قسمت سفید-نارنجی مرکزی شامل ستاره‌های سردتر و قدیمی‌تر است.

از دیگر ویژگی‌های مهم کهکشان آندرومدا این است که کهکشان آندرومدا دورترین جسمی است که می‌توانید با چشم غیرمسلح مشاهده کنید به همین دلیل برای دیدن آن لازم است در مکانی دور از آلودگی‌های نوری قرار بگیرید.

نام این کهکشان از ناحیه ای از آسمان نشأت می‌گیرد که در آن صورت‌فلکی آندرومدا دیده می‌شود.

ویژگی‌های کهکشان آندرومدا را می‌توانید در جدول زیر مشاهده کنید:

جدول ۱: ویژگی‌های کهکشان آندرومدا

نام M31 یا NGC224
مدل کروی
قطر ۲۲۰,۰۰۰ سال‌نوری
فاصله تا راه شیری ۲٫۵۴ میلیون سال‌نوری
جرم ۱,۲۳۰ بیلیون جرم خورشید
تعداد ستارگان یک تریلیون
صورت فلکی آندرومدا
گروه گروه محلی

کهکشان چشم سیاه

این کهکشان توسط «ادوارد پیگوت» (Edward Pigott) در مارس 1779 و به طور مستقل توسط «یوهان الرت بوده» (Johann Elert Bode) در آوریل همان سال و «چارلز مسیه» (Charles Messier) در سال 1780 کشف شد. این کهکشان یک نوار تاریک و جذاب گرد و غبار در مقابل هسته درخشان کهکشانی دارد که سبب شده است تا به آن نام مستعار چشم سیاه یا چشم شیطانی داده شود. صورت فلکی این کهکشان «کما برنیس» (Coma Berenices) نام دارد.

کهکشان چشم گربه
تصویر ۱۷: کهکشان چشم سیاه یا چشم شیطانی نام مستعار خود را از باند گرد و غبار جاذب نور گرفته که در مقابل مرکز روشن سیستم ستاره‌ای در این تصویر تلسکوپ فضایی هابل ظاهر می‌شود. تصور می‌شود M64 که به طور رسمی کهکشان چشم سیاه شناخته می‌شود، پس از برخورد با یک کهکشان دیگر در حدود یک میلیارد سال پیش این شکل و ظاهر را کسب کرده است.

کهکشان بوده

کهکشان بوده یک کهکشان مارپیچی است که در فاصله 12 میلیون سال نوری از ما قرار گرفته و در صورت فلکی خرس بزرگ یا دب اکبر قرار دارد. این کهکشان توسط توسط «یوهان الرت بوده» (Johann Elert Bode) در 31 دسامبر سال 1774 کشف شد.

کهکشان چرخ گاری

کهکشان «چرخ گاری» (Cartwheel Galaxy) یک کهکشان عدسی و کهکشان حلقه‌ای مانند است که در فاصله 500 میلیون سال نوری از ما در صورت فلکی «مجسمه ساز» (Sculptor) قرار دارد. نام این کهکشان به دلیل شکل ظاهری آن انتخاب شده است.

کهکشان سیگار

کهکشان سیگار یک کهکشان ستاره‌ای است که تقریباً 12 میلیون سال نوری از ما فاصله دارد و در صورت فلکی دب اکبر قرار دارد.

کهکشان سیگار
تصویر ۱۸: یک تصویر مادون قرمز از کهکشان M82 ملقب به کهکشان سیگار، صفحه مرکزی ساختار را به رنگ آبی و سفید با هاله‌ای از غبار دودی به رنگ قرمز نشان می‌دهد. این ابر قرمز متشکل از گرد و غبار هیدروکربن مشابه اگزوز اتومبیل است که توسط میلیون‌ها ستاره جوان کهکشان در فضا مشاهده می‌شود.

کهکشان دنباله دار

این کهکشان یک کهکشان مارپیچی است که در فاصله 3٫2 میلیارد سال نوری از زمین قرار دارد. این کهکشان در خوشه‌های کهکشانی Abell2667 قرار گرفته و تلسکوپ فضایی هابل پیدا شده است. این کهکشان در صورت فلکی مجسمه ساز قرار دارد.

کهکشان کیهانی فروسرخ ۷

کهکشان «کیهانی فروسرخ ۷» (Cosmos Redshift 7) به عنوان یک کهکشان ساطع کننده آلفا لیمن با انتقال سرخ شناخته می‌شود. همچنین صورت فلکی این کهکشان Sextans است.

کهکشان شیئ هوگ

کهکشان «شیئ هوگ» (Hoag’s Object) همانند اسمش یک کهکشان غیر‌معمولی از نوع معروف به کهکشان حلقه‌ای است. این کهکشان بعد از کاشف آن «آرتور هوگ» که در سال 1950 آن را کشف کرد انتخاب شد. آرتور هوگ این کهکشان را به عنوان یک سحابی سیاره‌ای یا یک کهکشان عجیب با هشت میلیارد ستاره کشف و معرفی کرد. صورت فلکی این کهکشان Serpens Caput است.

کهکشان ابر ماژلانی بزرگ

این کهکشان یک کهکشان ماهواره‌ای کهکشان راه شیری است و در صورت فلکی دورادو قرار دارد و نام دیگر آن منسا است.

ابرهای ماژلانی بزرگ
تصویر ۱۹: تصاویر باقی مانده از یک چرخش ستاره منفجر شده در کهکشان ابر بزرگ ماژلانی (LMC) از این تصویر تلسکوپ فضایی هابل. در فاصله حدود 180,000 سال نوری کهکشان LMC یا ابر ماژلانی بزرگ همسایه نسبتاً نزدیک راه شیری است. بدون تلسکوپ می‌توان این کهکشان را از نیمکره جنوبی زمین مشاهده کرد.

کهکشان ابر ماژلانی کوچک

کهکشان ابر ماژلانی کوچک یک کهکشان کوتوله در نزدیکی کهکشان راه شیری است. این کهکشان از نزدیکترین همسایگان بین کهکشانی راه شیری است و یکی از دورترین اجرامی است که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده است. این کهکشان در صورت فلکی توکانا قرار دارد.

کهکشان شیئ مایال

کهکشان «شیئ مایال» (Mayall’s Object) نتیجه برخورد دو کهکشان است که در فاصله 500 میلیون سال نوری از ما در صورت فلکی دب اکبر واقع شده است. این کهکشان توسط ستاره شناس آمریکایی «نیکلاس یو مایال» (Nicholas U. Mayall) از رصدخانه لیک در 13 مارس 1940 و با استفاده از بازتابنده کراسلی کشف شد. این کهکشان نیز در صورت فلکی دب اکبر قرار دارد.

کهکشان راه شیری

کهکشان راه شیری در اصل نوعی کهکشانی مارپیچی است که میلیاردها ستاره، سیاره و البته سیاه چاله را در خود جای داده است؛ خورشید به عنوان یک ستاره و تمام سیارات اطراف آن، از جمله سیاره‌ای که ما روی آن زندگی می‌کنیم، یعنی سیاره زمین، بخشی از کهکشان معروف راه شیری هستند. گالیله برای اولین بار در سال 1610 باند نوری ستاره‌های منفرد را با تلسکوپ خود مشاهده کرد. این کهکشان در صورت فلکی Sagittarius قرار دارد.

کهکشان چرخ سنجاقی

این کهکشان مارپیچی و به صورت روبه‌رو است و با فاصله 21 میلیون سال نوری از زمین قرار دارد. این کهکشان در صورت فلکی دب اکبر واقع شده است.

کهکشان سومبررو

«کهکشان سومبررو» (Sombrero Galaxy) یک کهکشان مارپیچی است که در «صورت فلکی دوشیزه» (Virgo Constellation) واقع شده است.

کهکشان آفتابگردان

کهکشان آفتابگردان یا گل آفتابگردان یک کهکشان مارپیچی در صورت فلکی شمالی نیزارهای وناتیک است. این کهکشان اولین بار توسط ستاره شناس فرانسوی «پیرمچین» (Pierre Méchain) کشف شد و سپس توسط همکار وی چارلز مسیه در 14 ژوئن 1779 تأیید شد.

کهکشان بچه‌قورباغه

کهکشان بچه‌قورباغه یک کهکشان مارپیچی بسته است که در فاصله 420 میلیون سال نوری از زمین و در صورت فلکی شمالی دراکو واقع شده است.

کهکشان گرداب

کهکشان گرداب یک کهکشان مارپیچی با طرح بزرگ و در تعامل با هسته کهکشانی فعال Seyfert 2 واقع در صورت فلکی نیزارهای وناتیک است و اولین کهکشانی است که به عنوان یک کهکشان مارپیچی طبقه‌بندی شد.

معرفی فیلم آموزش مقدماتی نجوم – نجوم باستان تا کیهان شناسی

مجموعه فرادرس در تولید و تهیه محتوای آموزشی خود اقدام به تهیه فیلم  آموزش مقدماتی نجوم – نجوم باستان تا کیهان شناسی کرده است. این مجموعه آموزشی از شش درس تشکیل شده و برای دانشجویان رشته فیزیک و افراد علاقه‌مند به نجوم و کیهان‌شناسی مفید است. پیش‌نیاز این درس آموزش فیزیک پایه ۱ و آموزش ریاضی پایه دانشگاهی است.

درس اول این مجموعه مروری بر نجوم باستان و درس دوم به روش های اخترشناسی می‌پردازد. درس سوم به تعریف و مطالعه ویژگی‌های منظومه شمسی و درس چهارم به بررسی اجزای دیگر منظومه شمسی غیر از ماه و سیارات اختصاص دارد. در درس پنجم اخترفیزیک و مفهوم‌های به کار برده در این موضوع را خواهید آموخت و در درس ششم ویژگی‌های سحابی‌ها و کهکشان‌ها بررسی می‌شود.

جمع‌بندی

در این مطلب در مورد کهکشان‌ها صحبت کردیم. انواع کهکشان‌ها را بر اساس ساختار آن‌ها معرفی کرده و در مورد اندازه و جرم کهکشان‌ها، تعداد کهکشان‌ها، نحوه تولید کهکشان و برخورد آندرومدا و کهکشان راه شیری مطالبی را ارائه دادیم. همچنین ویژگی‌های مشخص هر دسته از کهکشان‌ها معرفی شد و در انتهای مطلب نیز ۱۷ مورد از کهکشانی‌هایی که در عموم و در بین محققین شناخته ‌شده‌تر هستند با جزئیات بیشتر مورد بررسی قرار گرفت.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

سارا داستان (+)

«سارا داستان»، دکتری فیزیک نظری از دانشگاه گیلان دارد. او به فیزیک بسیار علاقه‌مند است و در زمینه‌ متون فیزیک در مجله فرادرس می‌نویسد.

بر اساس رای 7 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *