انواع کهکشان ها — به زبان ساده

در این مطلب در مورد انواع کهکشان ها و طبقه بندی آن‌ها صحبت خواهیم کرد. این طبقه بندی بر اساس شکل و مشخصات ظاهری قابل رؤیت کهکشان‌ها صورت می‌گیرد که اولین بار توسط ادوین هابل انجام شد. اگر به طبقه بندی انواع کهکشان ها علاقه‌مند هستید خواندن این مطلب را از دست ندهید.

انواع کهکشان‌ ها

کهکشان راه شیری، با وجود اندازه بیکرانش تنها بخش بسیار کوچکی از هستی قابل رؤیت را اشغال کرده است. رصدهای انجام شده در گذشته این سؤال را مطرح ساخته بود که آیا چیزی خارج از مرزهای راه شیری، وجود دارد؟ تا سال 1920 جواب این سؤال نامشخص بود اما در حال حاضر می‌دانیم پاسخ درست این است كه صدها میلیون کهکشان دیگر خارج از راه شيری وجود دارد.

فیلم آموزش مقدماتی کیهان شناسی و نجوم در فرادرس

کلیک کنید

این کهکشان‌ها گاهی اوقات برای تاکید بر این واقعیت که خارج از مرزهای راه شیری قرار گرفته‌اند کهکشان‌های خارجی (External galaxy) نامیده می‌شوند. این کهکشان‌ها به دو دسته تقسیم می‌شوند: کهکشان‌های عادی (Normal Galaxies) که تقریباً درخشش ثابتی دارند و این درخشش ثابت احتمالاً به سبب ستاره‌ها و مواد بین ستاره‌ای است که این کهکشان‌ها درون خود دارند.

یک دسته کوچک از کهکشان‌های خارجی (شاید در حدود $$2\%$$ آن ها، هرچند تعیین دقیق آن بسیار دشوار است) به یک گروه متفاوت تعلق دارند و آن دسته کهکشان‌های فعال است که ویژگی آن‌ها درخشش زیاد و غیرمعمول (و برخی مواقع متغیر) است و به نظر می‌رسد به ماهیت غیر ستاره‌ای آنها باز می‌گردد. در این مطلب به معرفی و بررسی کهکشان‌های خارجی عادی خواهیم پرداخت و اطلاعات مربوط به کهکشان‌های فعال را در مطالب بعدی بررسی می‌کنیم.

در این مطلب به بررسی و طبقه‌بندی کهکشان‌ها بر اساس شکل و مشخصات ظاهری قابل رؤیت آنها می‌پردازیم. پیشگام این طبقه بندی ستاره شناس بزرگ آمریکایی ادوین هابل در دهه 1920 میلادی بوده است. این طبقه بندی مبنایی برای بحث ما در این مطلب است.

طبقه بندی کهکشان‌ها

در ادامه این مطلب طبقه بندی کهکشان‌ها را بر اساس طبقه بندی هابل معرفی و بررسی می‌کنیم.

طبقه بندی هابل

هابل اهل مارشفیلد ایالت میسوری بود و در آغاز تمایل داشت با تحصیل در رشته حقوق، حرفه پدر خود را ادامه دهد. او تحصیل در رشته حقوق را در دانشگاه شیکاگو آغاز و سپس بورسیه دانشگاه آکسفورد شد. مدت زمان تحصیل او در حقوق کوتاه بود و در شیکاگو به ستاره‌شناسی علاقمند شد و در سال 1914 برای آغاز تحقیقات ستاره شناسی به آنجا بازگشت. تحقیقات او با وقوع جنگ جهانی اول متوقف شد و او وارد ارتش ایالات متحده شده و در فرانسه زخمی شد. در سال 1919 او شغلی در رصدخانه مونت ویلسون در کالیفرنیا به دست آورد و در آنجا بود که با کمک همکارش «میلتون هامسون» (Milton Humason) مهمترین کمک‌ها را به دانش ستاره شناسی ارایه کرد. مهمترین کشف او که در حال حاضر قانون هابل نامیده می‌شود رابطه‌ای ساده بین جابه‌جایی قرمز (Redshift) یک کهکشان و مسافت آن برقرار می‌کند. قانون هابل انقلابی در دیدگاه علمی مربوط به هستی ایجاد کرده چرا که نشان داده که هستی در حال انبساط است و زمانی متناهی دارد. به دلیل خدمات بسیار مهم هابل به ستاره شناسی، ناسا و آژانس فضایی اتحادیه اروپا مهمترین تلسکوپ فضایی را به نام او نامگذاری کرده‌اند.

از نشستی که در آپریل 1920 در انستیتو «اسمیتسونیان» (Smithsonian) واشنگتن  توسط آکادمی ملی علوم آمریکا برگزار شد به عنوان یک اتفاق بسیار مهم در تاریخ ستاره شناسی یاد می‌شود. در آن نشست که با عنوان مناظره بزرگ ستاره شناسی نیز عنوان می‌شود «هارلو شاپلی» (Harlow Shapley) و «هبرد. کورتیس» (Heber D. Curtis) (1942-1872) دیدگاه های متضادی را در زمینه دو موضوع اساسی در ستاره شناسی ارائه دادند. این دو موضوع شامل تعیین اندازه راه شیری و وجود کهکشان های خارجی فراتر از مرزهای راه شیری بود. شاپلی معتقد بود راه شیری بسیار بزرگ است و کمابیش کل هستی را در بر گرفته است در حالیکه کورتیس این دیدگاه را ارائه داد که راه شیری تنها یک کهکشان در بین بسیاری کهکشان دیگر است.

تا سال 1930 این دو موضوع که به شدت ستاره شناسان را به خود مشغول ساخته بود حل شد. روش شاپلی در تعیین اندازه راه شیری پذیرفته شد (هرچند مقداری که از این روش به دست آمد اساساً در دهه 1950 مورد تجدید نظر قرار گرفت) و وجود کهکشان‌های دیگر توسط ادوین هابل قطعی و ثابت شد. در حقیقت تا سال 1930 تعداد بسیار زیادی کهکشان خارجی شناخته شد و طبقه بندی آن‌ها بر اساس مورفولوژی یعنی شکل و ساختار ظاهری آن‌ها آغاز گردید. یک دلیل این طبقه بندی سهولت کار بود و باعث می‌شد ارجاعات به کهکشان‌هایی که موارد مشترکی داشتند آسان شود. اما طبقه بندی کهکشان چیزی بیش از یک ساده‌سازی بود در واقع اگر مورفولوژی کهکشانی منعکس‌کننده خصوصیات فیزیکی و اساسی آن کهکشان باشد (یعنی اگر کهکشان‌هایی که متفاوت دیده می‌شوند واقعاً متفاوت باشند) آنگاه می‌توان امیدوار بود که مطالعات دقیق‌تر از چند عضو نمونه یک طبقه مشخص دیدگاهی در زمینه ماهیت تمام این طبقه به دست دهد.

طبقه بندی کهکشان‌ها ابتدا توسط ادوین هابل در سال 1926 انجام شد. نسخه اصلاح شده طبقه بندی هابل در تصویر (۲) نشان داده شده است. گرچه گاهی انواع دیگری از طبقه بندی نیز استفاده می‌شود اما نسخه هابل همچنان عمومی‌ترین مبنا برای طبقه‌بندی ساختار و شکل کهکشان‌ها است. همانگونه که در تصویر (۲) ملاحظه می‌کنید طبقه بندی هابل از کهکشان‌ها شامل چهار طبقه اصلی است: کهکشان‌های بیضی شکل، کهکشان‌های عدسی شکل، کهکشان‌های مارپیچ و کهکشان‌های بی قاعده.

کهکشان‌های عدسی شکل و مارپیچ به دو زیر گروه بسته و باز تقسیم می‌شوند، به علاوه گروه‌ها و زیرگروه‌های این شکل خود به تعدادی از انواع هابل تقسیم شده‌اند که هرکدام با کمک ترکیبی از اعداد و حروف مشخص می‌شوند.

طبقه بندی هابل اهمیت فراوانی در ستاره شناسی کهکشانی دارد. در واقع علاوه بر تفاوت‌های ساختاری و شکلی، تفاوت‌های فیزیکی نیز بین گروه‌ها و انواع مختلف وجود دارد. اما چگونه این گروه‌ها و انواع متفاوت کهکشان‌ها تعریف می‌شوند؟ پاسخ به چند پرسش مهم برای تعیین طبقه بندی هابل از کهکشان‌ها اهمیت دارد:

• آیا قاعده‌مندی و تقارن کلی وجود دارد؟
• آیا نور در مرکز متمرکز شده است؟
• آیا دیسکی در کهکشان وجود دارد؟
• آیا بازوهای مارپیچی قابل شناسایی هستند؟

همانگونه که در ادامه بحث خواهد شد، پاسخ به این سؤالات هر کهکشان را در طبقه مخصوص خود قرار خواهد داد و سپس سایر خصوصیات رصد شده و قابل رؤیت برای یافتن نوع این کهکشان در طبقه اصلی‌اش به کار برده می‌شود.

انواع کهکشان ها و کهکشان‌های بیضی شکل

کهکشان‌های بیضوی بر اساس شکل بیضی و نیز ظاهرشان بدون در نظر گرفتن جزئیاتشان در آسمان قابل شناسایی هستند در این کهکشان‌ها نور عمدتا در مرکز کهکشان متمرکز شده است و با فاصله گرفتن از مرکز، شدت نور به شکل یکنواخت کاهش می‌یابد. کهکشان‌های این طبقه بر اساس نسبت بین شعاع بزرگ (a) و شعاع کوچک (b) بیضی به هفت نوع متفاوت تقسیم می‌شوند به این ترتیب که $$E_{0}$$ برای انواع دایره‌ای این کهکشان‌ها و $$E_{7}$$ مشخص کننده بیضوی‌ترین نوع این کهکشان‌ها است.

فیلم آموزش مقدماتی نجوم – نجوم باستان تا کیهان شناسی در فرادرس

کلیک کنید

عددی که بعد از $$E$$ نمایش داده می‌شود نسبت بیضوی بودن یک کهکشان است که از رابطه $$f=\frac{a-b}{a}$$ ضربدر 10 و گرد کردن نتیجه به نزدیکترین عدد به دست می‌آید این نسبت را فاکتور تختی کهکشان می‌نامیم. تعداد بسیار کم کهکشان‌های بیضی شکل با فاکتور فشردگی بزرگتر از $$0.7$$ ممکن است دلیلی بر این موضوع باشد که چنین کهکشان‌های بسیار تختی احتمالاً اساساً ناپایدارند.

تصاویر از گونه‌های متفاوت کهکشان‌های بیضی شکل در تصویر (۴) نمایش داده شده است. توجه داشته باشید که کهکشان‌های بیضی شکل براساس شکل قابل مشاهده‌شان به انواع متفاوت هابل تعلق می‌گیرند. البته این اشکال نشان‌دهنده شکل واقعی و سه بعدی کهکشان نیستند با اين حال سیمای کهکشان‌های بیضی شکل در طول موج‌های غیرقابل رویت هرچند ممکن است با شکل قابل مشاهده آن‌ها متفاوت باشد اما در طبقه‌بندی آن‌ها تاثیری ندارد.

انواع کهکشان ها و کهكشان‌های مارپیچ

نور در کهکشان‌های مارپیچ نسبت به کهکشان‌های بیضی شکل به میزان بسیار کمتری در مرکز متمرکز شده است. کهکشان‌های مارپیچ با دیسک دایره‌ای، برآمدگی میانی هسته‌ای و نیز دیسک دربردانده بازوهای مارپیچ شناخته می‌‏شوند. کهکشان مجاور ما یعنی کهکشان M31 یا آندرومدا که در تصویر (۵) نمایش داده شده است یک کهکشان مارپیچ است که خصوصیات فوق در آن مشخص است. مانند بسیاری دیگر از کهکشان‌های مارپیچ دیسک M31 به نظر بیضی شکل می‌رسد اما در واقع این شکل به نحوه جهت‌گیری M31 و سایر کهکشان‌های مارپیچ باز می‌گردد. از نمودار بیضی شکل این کهکشان‌ها می‌توان برای تعیین زاویه بین خط عمود ترسیم شده به سمت دیسک و خط دید از روی زمین استفاده کرد. این روش امکان طبقه بندی کهکشان‌های مارپیچ را در حالتی که از بالا (یعنی با زاویه انحراف صفر درجه) به آنها نگریسته شود فراهم می‌آورد.

کهکشان‌های مارپیچ بر اين اساس که بار مرکزی داشته باشند یا خیر به دو زیر گروه تقسیم می‌شوند. هر زیرگروه نیز بر اساس باز بودن بازوها و اندازه نسبی برآمدگی میانی (تصویر ۲) به انواع هابل Sa,Sb,Sc و آن‌ها که بار مرکزی دارند به سه دسته SBa, SBb, SBc تقسیم می‌شوند. کهکشان‌های مارپیچ از انواع Sa, SBa برآمدگی میانی نسبتاً بزرگتر و بازوهای کامل دارند. انواع Sc,SBc برآمدگی میانی نسبتاً کوچک و بازوهای ناقص دارند. کهکشان‌های مارپیچی را که نمی‌توان دقیقاً در یکی از این دو نوع طبقه بندی کرد به شکل ترکیبی از نزدیک‌ترین انواع طبقه‌بندی می‏‌کنند.

برای مثال کهکشانی بین Sb,Sa را به شکل Sab طبقه‌بندی می‌کنند. برخی کهکشان‌های مارپیچ، بازوهای بلند و ممتد دارند در حالیکه برخی دیگر بازوهای شکسته و قطعه قطعه دارند. در نتیجه با وجود اثر کلی ساختار مارپیچ، ردیابی بازوها به شکل دقیق دشوار است. احتمالاً راه شیری به این دسته آخر تعلق دارد و دارای بازوهای قطعه قطعه است.

انواع کهکشان ها و کهکشان‌های عدسی شکل

همانگونه که از نامشان پیدا است، این کهکشان‌ها به شکل عدسی هستند. مانند کهکشان‌های مارپیچ این کهکشان‌ها دارای دیسک و برآمدگی میانی هستند اما بازوهای مارپیچ در آن‌ها وجود ندارد. همچنین ممکن است برآمدگی میانی این کهکشان‌ها در مقایسه با دیسک آن‌ها تا حدی بزرگتر باشد. این طبقه براساس شکل برآمدگی میانی‌شان به دو زیر گروه تقسیم می‌شوند. در صورت کروی بودن برآمدگی میانی، این کهکشان‌ها به شکل $$S0$$ و هنگامی که برآمدگی میانی بیضی شکل و کشیده باشد به شکل $$SB0$$ طبقه‌بندی می‌شوند. کهکشان‌های عدسی شکل را اغلب به عنوان طبقه میانی بین کهکشان‌های مارپیچ و کهکشان‌های بیضی شکل در نظر می‌گیرند. برخی مواقع از این کهکشان‌ها به عنوان کهکشان مارپیچ بدون بازو نيز یاد می‌شود که هرچند در عنوان دارای تناقض است، اما مفهوم را به خواننده‌ای که با ساختار کهکشان‌های مارپیچ مانند راه شیری آشنايی دارد، می‌رساند.

تصاویر رصد شده انواع کهکشان‌های عدسی شکل و مارپیچ در تصویر (۶) نشان داده شده است. باید توجه داشت با اینکه دیاگرام ترسیم شده در تصویر (۲) کهکشان‌های مارپیچ را به شکلی که از روبه‌رو مشاهده می‌شوند و با دو بازو برای هرکدام نشان می‌دهد، اما در واقعیت کهکشان‌های رصد شده معمولاً با بیننده زاویه دارند و ممکن است بیش از دو بازو داشته باشند. هم چنین باید توجه داشت در بسیاری موارد این بازوها احتمالاً تکه تکه هستند (این موضوع خصوصاً در مورد کهکشان‌های Sa صادق است).

بر اساس تخمین‌ها از شکل بیرونی کهکشان خودمان یعنی کهکشان راه شیری، در گذشته این کهکشان را با نوع هابل Sb یا Sc طبقه‌بندی  می‌کردند (یا Sbc که مشخص می‌کند این کهکشان در واقع ما بین نوع  Sb و Sc است).

بررسی‌ها و محاسبات نشان می‌دهد که ما در حال زندگی در یک کهکشان بسته مارپیچ هستیم و راه شيری يك كهكشان باز مارپيچ نيست.

پرسش: با دانستن اینکه کهکشان راه شیری یک کهکشان بسته مارپیچ است نوع هابل آن را بنویسید؟

پاسخ: SBb یا SBc (یا SBbc که مابین SBb و SBc است).

انواع کهکشان ها و کهکشان های بی‌قاعده

همانگونه که قابل پیش‌بینی است این دسته از کهکشان‌ها (طبقه Irr) نشان اندکی از تقارن یا هر نوع قاعده‌ای دارند. برخی از این کهکشان‌ها دارای ساختاری شبه میله‌ای هستند، برخی دیگر نشانه‌های مبهمی از بازوهای مارپیچ را نمایش می‌دهند و برخی دیگر کاملاً بدون قاعده هستند. در تصویر (۷) کهکشان بی‌قاعده IC5152 نشان داده شده و دو شکل دیگر کهکشان‌های بی‌قاعده ابرهای ماژلانیک کوچک و بزرگ را که همسایگان نزدیک راه شیری هستند نمایش می‌دهند.

فیلم آموزش رصد آسمان و نجوم رصدی در فرادرس

کلیک کنید

پیش از پایان مبحث طبقه بندی هابل ذکر این نکته ضروری است که معمولاً طبقه‌بندی کهکشان‌ها به سادگی آنچه در تصویر (۲) به نظر می‌رسد نیست. ممکن است ستاره‌شناسان مختلف یک کهکشان را به سبب ویژگی‌هایش در گروه‌های متفاوت طبقه‌بندی کنند. برای مثال در مورد كهكشان‌های دارای دیسک، هنگامی که زاویه انحراف در آن‌ها بالا است و کهکشان تقریباً از روبه‌رو مشاهده می‌شود تشخیص اینکه آیا این کهکشان یک کهکشان عدسی شکل است یا به نوعی به گونه‌های متفاوت کهکشان مارپیچ تعلق دارد دشوار است. مشکل جدی‌تر در تصاویر این است که ممکن است تصوير کهکشان از عواملی مانند زمان پرتوگیری تصویر اثر پذیرفته باشد. برای مثال تصویری از یک کهکشان بیضی شکل که زمان پرتوگیری در آن کوتاه بوده است تنها بار مرکزی درخشان را نشان می‌دهد، در حالی که همان تصویر هنگامی که زمان پرتوگیری در آن بلندتر باشد بخش‌های بیرونی را مشخص می‌کند و در واقع سیمای کاملا متفاوتی از کهکشان به نمایش می‌گذارد.

تصویر ذهنی بیشتر مردم از کهکشان‌ها، عمدتاً انواع مارپیچ را در بر می‌گیرد چرا که این کهکشان‌ها تصاویر زیبایی دارند و معمولاً کتاب‌های ستاره شناسی مملو از تصاویر آن‌ها است. اما باید دقت داشت در حقیقت کهکشان‌های کم نور کوتوله‌های بیضی شکل با جرمی در حدود $$10^{6}M_{\odot}$$ فراوان‌ترین کهکشان‌ها هستند. نمونه‌ای از این کهکشان‌ها به نام Leo I در تصویر (۸) نمایش داده شده است. در واقع بیش از $$60\%$$ کهکشان‌ها بیضی شکل هستند، هم چنین در حدود کمتر از $$30\%$$ آن‌ها کهکشان‌های مارپیچ و کمتر از $$15\%$$ آن ها را کهکشان‌های بی قاعده تشکیل داده‌اند. این تخمین‌ها بسته به اینکه ناحیه برآورد چگونه انتخاب شود تا حدودی دستخوش تغییر خواهند شد. در نواحی که کهکشان‌ها به شکل چگال‌تری گردهم آمده‌اند معمولاً انواع E، S0 و SB0 بیشتر یافت می‌شوند و در چگال‌ترین بخش‌ها معمولاً هیچ کهکشانی از انواع S، SB و بی قاعده یافت نمی‌شود. در هر برآورد نحوه جهت‌گیری باید به حساب آورده شود. اگر تنها کهکشان‌هایی که به سادگی قابل رصد کردن هستند (یعنی کهکشان‌هایی با بیشترین درخشش ظاهری) برآورد شوند آنگاه کوتوله‌های بیضی شکل کم نور کمتر از میزان واقعی‌شان در ناحیه برآورد شده به نظر خواهند رسید. به هرحال لازم به ذکر است در حدود $$60\%$$ از کهکشان های عدسی شکل و مارپیچ بسته هستند.

در آخر باید توجه داشت که در حدود $$1\%$$ از کهکشان ها را حتی وقتی شکل آن‌ها شناخته شده باشد نمی‌توان به هیچ طبقه‌ای در جدول هابل (تصویر ۲) نسبت داد.

جمع بندی

در این مطلب در مورد انواع کهکشان ها آموختیم. کهکشان‌ها را بر اساس طبقه‌بندی هابل می‌توان به چهار دسته تقسیم کرد که عبارت از کهکشان‌های بیضوی، مارپیچ، عدسی و نامنظم هستند. تاکنون متداول‌ترین طبقه‌بندی کهکشان‌ها مربوط به هابل است. همچنین فراوان‌ترین نوع کهکشان‌ها، کهکشان‌های کوتوله بیضوی هستند که به دلیل درخشانی کم، رصد کردن آن‌ها سخت است.