ابر کهکشان چیست؟ | آنچه باید بدانید

در مورد کهکشان و ویژگی‌های آن در مطالب قبلی مباحثی را بیان کردیم، در این مطلب در مورد ابر کهکشان ها و ویژگی آن‌ها صحبت خواهیم کرد. همچنین دو مورد از ابر کهکشان ها که در مشاهدات اخیر منجمین گزارش شده است را معرفی کرده و ویژگی‌های آن‌ها را بررسی می‌کنیم. اگر علاقه‌مند به نجوم و کیهان شناسی هستید خواندن این مطلب را از دست ندهید.

کهکشان چیست؟

همان طور که می‌دانید 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.

فیلم آموزش علوم تجربی پایه نهم – بخش فیزیک در فرادرس

کلیک کنید

در مورد کهکشان و جزئیات بیشتر آن در مطلب کهکشان چیست؟ | همه چیز درباره کهکشان ها به زبان ساده جزئیات بیشتری بیان شده است. اما سوالی که مطرح است این خواهد بود که ابر کهکشان چیست و چه ویژگی‌هایی دارد، در ادامه این موضوع را بررسی می‌کنیم.

ابر کهکشان چیست؟

واژه ابر کهکشان یا Supergalaxy در کیهان شناسی برای سه موقعیت متفاوت مورد استفاده قرار می‌گیرد که شامل موارد زیر هستند:

• برای هر مجموعه یا خوشه کهکشانی بزرگ یا عظیم
• برای درخشان‌ترین کهکشان خوشه‌های شناخته شده
• اصطلاحی برای خوشه کهکشانی ویرگو و اعضای دورتر آن از جمله خوشه محلی

این مطلب را با توضیح و تعریف درخشان‌ترین خوشه کهکشانی شروع می‌کنیم.

درخشان‌ترین کهکشان خوشه

به طور کلی درخشان‌ترین کهکشان یک خوشه یا BCG بسیار نزدیک به مرکز جرم و مرکز خوشه از لحاظ فضایی است. تصور بر این است که این کهکشان‌ها از ادغام چندین کهکشان عظیم در اوایل تاریخ تشکیل خوشه کهکشانی تشکیل می‌شوند و بررسی‌ها نشان می‌دهد که فقط بخش کوچکی از جرم خوشه کهکشانی باشند.

فیلم آموزش مقدماتی کیهان شناسی و نجوم در فرادرس

کلیک کنید

اگر چه از لحاظ ساختاری این کهکشان‌ها غالباً بیضوی هستند اما بخش بزرگی از BCG‌ها دارای هاله‌های ستاره‌ای محو و ضعیف نیز هستند که تا 1 مگاپارسک گسترش یافته است. چنین کهکشان‌هایی به عنوان کهکشان‌های cD طبقه‌بندی می‌شوند که حرف c اشاره تاریخی به طبقه‌بندی ستاره‌های ابرغول اوایل قرن بیستم دارد و حرف D برای توصیف بیضوی‌های روشن با دسته‌های ستاره‌ای گسترده و بی شکل استفاده می‌شود.

BCG‌ها درخشان‌ترین کهکشان‌های جهان بوده و دامنه تغییر قدر ستاره‌ای مطلق (قدر ستاره‌ای مطلق که با M نمایش داده می‌شود، اندازه‌گیری درخشندگی یک جرم آسمانی در مقیاس لگاریتمی است) آن‌ها بسیار کوچک است (پراکندگی و تغییر این کمیت در نمونه‌های مجاور کمتر از $$0.24$$ است). بنابراین می‌توان از آن‌ها به عنوان شمع‌های استاندارد برای اندازه‌گیری فواصل در مقیاس‌های کیهان شناسی استفاده کرد.

علاوه بر این اگر چه می‌توان از این کهکشان‌ها برای اندازه‌گیری‌های مسافت با استفاده از دسته‌بندی نوع کهکشان‌ها نیز بهره برد اما BCG‌ها درخشان‌تر از آنچه توسط رابطه Kormendy و رابطه Faber-Jackson پیش‌بینی شده است هستند و نباید برای اندازه‌گیری فاصله با این مقیاس استفاده شوند.

ابر کهکشان‌های مارپیچ

ابر کهکشان های مارپیچ بسیار درخشان هستند. آن‌ها می‌توانند 8 تا 14 برابر درخشندگی کهکشان راه شیری درخشش داشته باشند. آنها غول پیکر و عظیم هستند به نوعی که قطر آن‌ها تا 450,000 برابر سال نوری است و جرم ستاره‌ای بین 30 تا 340 میلیارد برابر جرم خورشید دارند. تاکنون فقط حدود 100 ابر کهکشان مارپیچ شناخته شده است.

ابر کهکشان های مارپیچ در اندازه‌گیری‌ها بسیار عجیب عمل می‌کنند و رکورد سرعت چرخش را می‌شکنند.  «دکتر اوگل» (Dr. Ogle) و همکارانش داده‌های مربوط به 23 ابر کهکشان مارپیچی را که توسط تلسکوپ بزرگ جنوب آفریقا (SALT)، تلسکوپ 5 میلی‌متری هاله از رصدخانه پالومار و کاوشگر مادون قرمز ناسا (WISE) جمع آوری شده بود را مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند. آن‌ها دریافتند که سرعت چرخش این ابر کهکشان ها به طور قابل توجهی از سرعت چرخش مورد انتظار فراتر است.

برای توضیح سرعت چرخش بسیار زیاد ابر کهکشان ها فرضیه‌ای مطرح است که این چرخش سریع ابر کهکشان های مارپیچ نتیجه حضور آن‌ها در هاله‌ای فوق العاده عظیم از ماده تاریک است.

براساس این فرضیه ابر کهکشان 2MFGC 08638، بزرگترین ابر کهکشان مارپیچ مورد مطالعه توسط تیم اوگل در هاله ماده تاریکی با وزن حداقل 40 تریلیون برابر جرم خورشید قرار دارد.

براساس این فرضیه به نظر می‌رسد که سرعت چرخش این ابر کهکشان ‌ها توسط مقدار توده هاله ماده تاریک آن‌ها تنظیم شود. این واقعیت که ابر کهکشان های مارپیچ رابطه معمول بین جرم کهکشان در ستاره‌ها و سرعت چرخش را نقض می‌کنند، مدرک جدیدی در رد نظریه دینامیک اصلاح شده نیوتنی یا MOND است.

این تئوری بر این اساس است که در مقیاس‌های بزرگ مانند کهکشان ها و خوشه‌های کهکشانی مقدار گرانش کمی قوی‌تر از آنچه نیوتن یا اینشتین پیش‌بینی می‌کنند است. این امر باعث می‌شود که مناطق بیرونی کهکشان مارپیچی سریعتر از آنچه بر اساس جرم ستارگان درون آن‌ها انتظار می‌رود بچرخند.

MOND برای بازتولید رابطه استاندارد در سرعت چرخش کهکشان‌های مارپیچ طراحی شده است و نمی تواند سرعت چرخش در ابر کهکشان های مارپیچ را توضیح دهد. مشاهدات مربوط به ابر کهکشان های مارپیچی نشان می‌دهند که در این کهکشان‌ها به هیچ توصیف غیر نیوتنی نیازی نیست.

علیرغم اینکه عظیم‌ترین کهکشان‌های شناخته شده در جهان تاکنون کهکشان‌های مارپیچی هستند، وزن ستاره‌ها در ابر کهکشان‌ های مارپیچی نسبت به آنچه که برای مقدار ماده تاریک آن‌ها انتظار می‌رود کم است. این موضوع نشان می‌دهد که مقدار زیاد ماده تاریک مانع تشکیل ستارگان می‌شود.

دو دلیل احتمالی برای این موضوع وجود دارد: (الف) هر گاز اضافی که به درون کهکشان کشیده شود با گازهای دیگر تصادف کرده و گرم می‌شود و مانع از خنک شدن و تشکیل ستاره می‌شود یا (ب) چرخش سریع کهکشان سبب می‌شود تا ابرهای گازی نتوانند بر نیروی گریز از مرکز غلبه کنند و تشکیل ستاره دهند.

با وجود این تأثیرات، ابر کهکشان های مارپیچ هنوز هم قادر به تشکیل ستاره هستند و اگرچه این ابر کهکشان های بیضوی بیش از 10 میلیارد سال پیش همه یا بیشتر ستارگان خود را تشکیل داده‌اند اما امروز نیز در این ابر کهکشان ها شکل گیری ستارگان صورت می‌گیرد.

این ابر کهکشان ها هر سال حدود 30 برابر جرم خورشید را به ستاره تبدیل می‌کنند که برای یک کهکشان به آن اندازه طبیعی است. برای مقایسه تشکیل ستاره در ابر کهکشان می‌توان گفت که برای مثال در کهکشان راه شیری سالانه تقریباً یک جرم خورشیدی از ستاره‌ها تشکیل می‌شود.

ابر کهکشان NGC 4845

کهکشان مارپیچی NGC 4845 با فاصله‌ای بیش از 65 میلیون سال نوری از ما در صورت فلکی ویرگو واقع شده است. جهت‌گیری کهکشان به وضوح ساختار مارپیچی آن را آشکار می‌کند زیرا که شامل یک دیسک مسطح و خاکی دارای یک برجستگی کهکشانی درخشان است.

مرکز درخشان کهکشان NGC 4845 میزبان یک سیاهچاله غول پیکر و بزرگ است. وجود یک سیاهچاله در کهکشان دور مانند NGC 4845 را می‌توان از تأثیرات آن بر ستاره‌های درون کهکشان استنباط کرد. این ستارگان یک جاذبه بسیار قوی را از سمت سیاهچاله تجربه می‌کنند و در اطراف مرکز کهکشان بسیار سریع‌تر از نقاط دیگر می‌چرخند.

از بررسی حرکت این ستارگان حول مرکز ستاره شناسان می‌توانند جرم سیاهچاله مرکزی را تخمین بزنند و این تخمین برای کهکشان NGC 4845 صدها هزار برابر سنگین‌تر از خورشید برآورد شده است. از همین روش برای کشف و تخمین جرم سیاه چاله در مرکز کهکشان راه شیری یعنی سگیتارِیوس $$A^{*}$$ نیز استفاده شده که جرم آن در حدود چهار میلیون برابر جرم خورشید برآورد شده است.

بررسی‌ها نشان داده‌اند که هسته کهکشانی NGC 4845 نه تنها بسیار عظیم بلکه بسیار گرسنه نیز هست. در سال 2013 محققان در حال مشاهده کهکشان دیگری بودند که متوجه شعله ور شدن شدید در مرکز NGC 4845 شدند. آن‌ها متوجه شدند که این شعله و انفجار شدید از سیاهچاله مرکزی این کهکشان ناشی شده زیرا جسمی را که چندین برابر سنگین‌تر از سیاره مشتری بود را به داخل خود بلعیده بود. در حقیقت احتمالاً یک کوتوله قهوه‌ای یا یک سیاره بزرگ به این کهکشان بسیار نزدیک شده و هسته گرسنه کهکشان NGC 4845 آن را بلعیده است.

ویژگی‌های ابر کهکشان ها چیست؟

در سال‌های اولیه زندگی ابر کهکشان‌ ها از مواد بازیافتی ستاره‌های مرده تغذیه می‌کنند. این ابر کهکشان ها قبل از آن که به بلعیدن تمام اجسام اطراف خود روی بیاورند دوران کودکی خود را صرف تغییر در گازهای بازیافتی ناشی از نسل‌های اولیه شکل‌گیری ستاره‌ها می‌کنند.

فیلم آموزش رصد آسمان و نجوم رصدی در فرادرس

کلیک کنید

کهکشان Spiderweb در واقع بیشتر یک کهکشان در حال گسترش و رشد است. یک روز این کهکشان یک ابر کهکشان بیضوی در قلب یک خوشه کهکشانی خواهد شد اما در حال حاضر (از نظر علمی در حال حاضر برای ما یعنی رویدادی که ده میلیارد سال قبل در کهکشان رخ داده و نور این رویداد با طی فاصله بین کهکشان و زمین اکنون به ما می‌رسد) این کهکشان یک مجموعه تقریباً ده تایی کوچک از کهکشان‌های اولیه‌ای است که به آرامی در کنار هم قرار می‌گیرند و در میان هاله وسیعی از گاز سرد ادغام می‌شوند.

در مرکز این ابر کهکشان آینده که گاز و کهکشان‌ها در حال ادغام هستند کهکشان رادیویی بزرگتری قرار دارد که روزی هسته کهکشان بیضوی غول پیکر را تشکیل می‌دهد.

این ابر کهکشان در فاصله 10 میلیارد سال نوری از ما دریچه تازه‌ای از سال‌های شکل‌گیری بزرگترین کهکشان‌های جهان را به منجمین ارائه می‌دهد و به نظر می‌رسد که تولد یک ابر کهکشان فرایند پیچیده‌تری از آنچه تصور می‌شود را دارا است. سوال مهم و اصلی این است که این کهکشان‌ها چگونه بزرگ می‌شوند و تمام اجرام اطراف خود را می‌بلعند‌.

تاکنون در بین محققین این موضوع به طور گسترده‌ای پذیرفته شده است که با تشکیل یک ابر کهکشان، این ابر کهکشان مواد موجود در کهکشان‌های کوچکتر در نزدیکی خود را جذب می‌کند و آن‌ها را برای تغذیه و رشد خود می‌بلعد. دلیل این باور در بین محققین این است که ما عموماً ابر کهکشان هایی که بسیار دورتر از ما قرار داشتند و تکامل یافته‌تر بودند را مشاهده و بررسی کرده‌ایم. اما تحقیق و بررسی بر روی کهکشان Spiderweb نگاهی به مراحل اولیه زندگی یک ابر کهکشان دارد.

ستاره شناس «بیجورن ایمونتس» (Bjorn Emonts) و همکارانش از مرکز نجوم در مادرید، اسپانیا در مقاله‌ای که در نشریه Science منتشر شده است بیان می‌کنند که طی 10 میلیارد سال گذشته ابر کهکشان ها بیشتر با بلعیدن کهکشان های کوچکتر رشد کرده‌اند.

چند میلیارد سال قبل از مرحله بلعیدن تمام مواد اطراف توسط ابر کهکشان ها، مدل‌های رایانه‌ای پیش‌بینی می‌کردند که ابر كهكشان‌ ها احتمالاً مستقیماً از ابرهای گاز خارج شده توسط ستاره‌های در حال مرگ در كهكشان های دیگر و نزدیک متراكم می‌شوند. وقتی مواد این کهکشان‌ها تمام شود ابر کهکشان ها شروع به گرفتن گاز و ستاره‌ها از کهکشان‌های کوچکتر و نزدیک می‌کنند.

ایمونتس در مقاله خود می‌گوید که در آن زمان کهکشان آنقدر بزرگ است که در نتیجه کشش گرانشی آن، با خوردن کهکشان های کوچکتر به رشد خود ادامه می‌دهد.

مشاهدات جدید نجوم رادیویی از کهکشان Spiderweb از آنچه مدل‌های رایانه‌ای پیشنهاد می‌دهند پشتیبانی می‌کند و نشان می‌دهد که ابر کهکشان ها از ابرهای گاز کهکشانی متراکم می‌شوند و تا زمانی که مواد دیگر آن‌ها تمام نشود به بلعیدن کهشکان‌ها روی نمی آورند.

مشاهدات ابر کهکشان Spiderweb

بر اساس مشاهدات و نتایج رصدی به دست آمده از این کهکشان ابری از مونوکسیدکربن با طولی در حدود 70 کیلوپارسک یا 228,000 سال نوری، کهکشان رادیویی را در قلب Spiderweb احاطه کرده است. مونوکسید کربن در طول موج‌های رادیویی بسیار روشن‌تر از هیدروژن است که در واقع بیشترین سوخت را برای تشکیل ستاره‌ها فراهم می‌کند و بنابراین یک ردیاب مفید می‌سازد.

مونوکسیدکربن همچنین یک سرنخ حیاتی درباره منشأ ابر مولکولی متراکم شده در یک کهکشان جدید فراهم می‌کند. کربن و اکسیژن فقط در داخل ستارگان عظیم تشکیل می‌شوند و بنابراین گاز موجود در Spiderweb باید در ستارگان اولیه تشکیل شده و سپس در ابرنواختر دفع شود. ابر کهکشان Spiderweb احتمالاً در حال حاضر مشغول تغذیه از مواد بازیافتی نسل اولیه تشکیل ستاره‌ها در کهکشان‌های protocluster است.

همان طور که می‌دانید با نگاه کردن به نقاط دور در فضا كهكشان‌ها را در زمانی كه جهان هنوز بسيار جوان بوده است مشاهده می‌كنيم. مشاهدات نشان می‌دهد در آن زمان مانند كودكان این پیش کهکشان‌ها کوچکتر و از نظر تشكیل ستاره‌ای اغلب فعال‌تر از كهكشان‎‌های با سن بالا در اطراف ما هستند.

استدلال امونتس و همکارانش این است که اگر ابركهكشان مركزی همسايگان كوچكتر خود را برای رشد می‌بلعد بيشتر گاز موجود در Spiderweb احتمالاً در كهكشان‌های كوچكتر موجود بوده است. بنابراین با استفاده از متدها و روش‌های متفاوت توانستند میزان مونوکسید کربن در کهکشان‌های اولیه را تخمین بزنند.

این مشاهدات نشان داد که حدود یک سوم این گاز در کهکشان بزرگ مرکزی متمرکز شده است با این حال مشاهدات نشان می‌دهد که دو سوم دیگر این گاز در هیچ کهکشانی متمرکز نشده است. در عوض این ماده بیشتر در فضای بین کهکشان ها یافت می‌شود که منجمان آن را محیط بین کهکشانی می‌نامند. کهکشان Spiderweb مستقیماً از محیط گازی بین کهکشان‌ها متراکم می‌شود.

همچنین این مشاهدات نشان‌دهنده این است که در همان اوایل جهان ابر کهکشان ها در خوشه‌ها از مناطق وسیعی از گاز بازیافتی از نسل‌های قبلی ستارگانی که قبلاً زندگی کرده و مرده بودند تشکیل شده‌اند.

بنابراین در حقیقت از یک طرف این ابر گازی عظیم در حال شکل‌گیری ستارگان است و از سوی دیگر خود از مواد ستاره های قبلی تشکیل شده است. در این حالت به نوعی بازیافت کیهانی صورت می‌گیرد.

این مرحله از عمر کهکشان Spiderweb احتمالاً حدود یک میلیارد سال دیگر به طول خواهد انجامید. در حقیقت در این ابر کهکشان آنقدر گاز وجود دارد که حداقل بیش از یک میلیارد سال طول خواهد کشید تا همه گاز به ستاره تبدیل شود. در آن زمان قطر این ابر کهکشان تقریباً یک چهارم میلیون سال نوری خواهد بود. در حال حاضر اندازه این ابر کهکشان بیش از دو برابر کهکشان راه شیری است و همچنان به رشد خود ادامه می‌دهد.

بزرگترین کهکشان‌های شناخته شده چه کهکشان‌هایی هستند؟

از میان تمام کهکشان‌هایی که تاکنون در «گروه محلی» (Local group) شناخته شده‌اند بزرگترین کهکشان‌ها به ترتیب از بزرگ به کوچک کهکشان آندرومدا، کهکشان راه شیری و کهکشان M33 یا «کهکشان تریانگلوم» (Triangulum Galaxy) هستند.

جمع بندی

در این مطلب در مورد ابر کهکشان صحبت کردیم. در نجوم و کیهان شناسی ابر کهکشان به مجموعه‌های عظیم و بزرگ کیهانی که ویژگی خاصی دارند گفته می‌شود. همان طور که گفته شد به درخشانترین کهکشان یک خوشه کهکشانی یا بزرگترین و پرجرم‌ترین مجموعه کهکشانی نیز یک ابر کهکشان می‌گویند. در این مطلب بعد از معرفی مفهوم ابر کهکشان، دو ابر کهکشان Spiderweb و NGC 4845 که در مشاهدات اخیر رصد شده بودند معرفی شد و برخی از ویژگی‌های این دو کهکشان مورد بررسی قرار گرفت.