کهکشان چیست؟

کهکشان ها طیف پیوسته ای از انرژی از خود ساطع می کنند که شامل بعضی امواج رادیویی، اشعه ایکس، اشعه مادون قرمز و اشعه ماورای بنفش است. زمین، خورشید و بقیه منظومه شمسی ما یک بخش بسیار کوچک از کهکشان راه شیری هستند. کهکشان راه شیری کهکشانی مارپیچی است.

کهکشان راه شیری فقط جزیی از یک گروه کهکشانی به نام “گروه محلی” است. در داخل گروه محلی، کهکشان راه شیری با سرعت حدود 300 کیلومتر درثانیه حرکت می کند (به سمت صورت فلکی ویرگو).

نزدیک ترین کهکشان به کهکشان ما، ممکن است کهکشان قوس (ساگیتاریوس، Sagittarius) باشد که حدود 80000 سال نوری از ما فاصله دارد. “ابر ماژلانی بزرگ” کهکشان نزدیک دیگر به کهکشان ما است.

دانشمندان تخمین می زنند که بیش از 100 میلیارد کهکشان در جهان قابل مشاهده ما پخش شده باشند. ستاره شناسان با تلسکوپ از میلیون ها کهکشان عکس برداری کرده اند.

دورترین کهکشانی که تاکنون عکس برداری شده، معادل ده میلیارد تا 13 میلیارد سال نوری از کهکشان ما فاصله دارد. یک سال نوری فاصله ای است که نور در خلأ در یک سال طی می کند (حدود 5.88 تریلیون مایل یا 9.46 تریلیون کیلومتر).

قطر کهکشان ها از چند هزار تا نیم میلیون سال نوری متغیر است. کهکشان های کوچک کمتر از یک میلیارد ستاره دارند. کهکشان های بزرگ بیش از یک تریلیون ستاره دارند. کهکشان راه شیری قطری حدود 100000 سال نوری دارد. در کهکشان راه شیری حدود 100 میلیارد ستاره وجود دارد. منظومه شمسی ما حدود 25000 سال نوری از مرکز کهکشان راه شیری فاصله دارد.

تنها سه کهکشان در خارج از کهکشان راه شیری با چشم غیر مسلح قابل مشاهده هستند. مردم در نیمکره شمالی می توانند کهکشان آندرومدا (Andromeda) که حدود دو میلیون سال نوری با ما فاصله دارد را ببینند. مردم در نیمکره جنوبی می توانند ابر ماژلانی بزرگ را ببینند که حدود 160000 سال نوری از زمین فاصله دارد و ابر ماژلانی کوچک که حدود 180000 سال نوری از زمین فاصله دارد نیز قابل مشاهده است.

گروه های کهکشان ها

کهکشان ها به شکل نابرابری در فضا توزیع شده اند. به طوری که بعضی از کهکشان ها همسایه نزدیکی ندارند. کهکشان هایی هستند که با هم جفتند و به این ترتیب همراه با کهکشان دیگری با هم می گردند. اما بیشتر کهکشان ها در گروه هایی به نام خوشه (Cluster) پیدا می شوند. یک خوشه ممکن است حاوی چند تا چندین هزار کهکشان باشد. خوشه ها ممکن است قطری به بزرگی ده میلیون سال نوری داشته باشند.

خوشه های کهکشان ها در ساختارهای بزرگ تری به نام “ابرخوشه ها” (supercluster) گروه بندی شده اند. در مقیاس های حتی بزرگ تر، کهکشان ها در شبکه های بسیار عظیم الجثه ای مرتب شده اند. شبکه ها شامل  کهکشان هایی هستند که به هم متصلند و با مناطق نسبتاً خالی احاطه شده اند. یکی از بزرگ ترین ساختارهایی که تاکنون نقشه برداری شده، شبکه ای از کهکشان ها است که به عنوان “دیوار بزرگ” شناخته می شود. این ساختارها بیش از 500 میلیون سال نوری درازا و 200 میلیون سال نوری پهنا دارد.

شکل کهکشان ها

ستاره شناسان بیشتر کهکشان ها را از روی شکلشان طبقه بندی می کنند. چون کهکشان ها یا مارپیچی یا بیضی شکل هستند. کهکشان مارپیچی مثل یک دیسک با یک برآمدگی در مرکزش است. این دیسک مشابه یک فرفره است. بازوان مارپیچی روشن دارد که از برآمدگی مرکزی به صورت پیچ پیچی به اطراف ادامه دارد. همه کهکشان های مارپیچی می گردند، ولی به آهستگی. برای مثال کهکشان راه شیری هر 250 میلیون سال یک بار یک دور گردشش را کامل می کند.

خوشه کروی، جمعیتی متشکل از گروه هایی از ستارگان است که به وسیله نیروی جاذبه محکم  کنار هم نگه داشته می شوند. این خوشه کروی یکی از متراکم ترین خوشه های شناخته شده در کهکشان راه شیری است

ستارگان جدید از گاز و گرد و غبار موجود در داخل کهکشان های مارپیچی تشکیل می شوند. گروه های کوچک تر ستارگان موسوم به خوشه های کروی اغلب کهکشان های مارپیچی را احاطه می کنند. یک خوشه کروی حدود یک میلیون ستاره دارد.

شکل کهکشان های بیضوی، از کره های کامل تا گویچه های صاف متغیر است. نوری که از کهکشان بیضی شکل خارج می شود، در مرکز بیشتر است و به تدریج در مناطق خارجی تر کهکشان ضعیف تر می شود. کهکشان های بیضوی نسبت به کهکشان های مارپیچی گرد و غبار و گاز کمتری دارند و به نظرمی رسد تعداد کمی از ستارگان جدید در آنها شکل می گیرد.

کهکشان های نوع سوم کهکشان های بی قاعده هستند که شکل ساده ای ندارند. بعضی از آنها بیشتر حاوی ستارگان آبی و ابرهای گازی هستند اما گرد و غبار کمی دارند. کهکشان “ابرهای ماژلانی” از این نوع هستند. بعضی دیگر از کهکشان های بی قاعده بیشتر از ستارگان روشن جوان و گاز و گرد و غبار تشکیل شده اند.

کهکشان ها هماهنگ با یکدیگر حرکت می کنند. گاهی به طور اتفاقی دو کهکشان به قدری به هم نزدیک می شوند که نیروی جاذبه هر یک شکل دیگری را تغییر می دهد. کهکشان ها حتی ممکن است با هم تصادف کنند. اگر کهکشان هایی که به  سرعت در حال حرکتند با هم تصادف کنند، ممکن است به طور مستقیم از میان هم عبور کنند یا یک کمی برهم اثر بگذارند یا اصلاً اثر نگذارند.

در کهکشان های بی قاعده مثل  SextanA، اشکال ساده ای مثل مارپیچ یا بیضی شکل دیده نمی شود

به هر صورت حتی کهکشان هایی که کند حرکت می کنند هم با هم تصادف می کنند. آنها ممکن است به داخل یک کهکشان بروند و با آن یکی شوند و به کهکشانی تبدیل شوند که بزرگ تر از کهکشان های اولیه است. چنین یکی شدن هایی می تواند کلاف های مارپیچی از ستارگان به وجود آورد که ممکن است بیش از 100000 سال نوری به داخل فضا گسترش پیدا کند.

خروجی از کهکشان ها

همه کهکشان ها انرژی را به صورت طول موج های نور قابل مشاهده و دیگر انواع تابش های الکترومغناطیسی بیرون می دهند. تابش الکترومغناطیس شامل امواج رادیویی، اشعه مادون قرمز، نور قابل مشاهده، اشعه ماورای بنفش، اشعه ایکس و اشعه گاما می شود.

ESO510-13: تصویری که در سال 2001 با تلسکوپ فضایی هابل گرفته شده کهکشان ESO510-13 را نشان می دهد که شکل بی قاعده ای دارد. دانشمندان عقیده دارند این کهکشان به این خاطر به هم تابیده شده که در این موقع یک کهکشان کوچک تر را جذب کرده

همه این شکل های تابش با هم طیف الکترومغناطیسی را تشکیل می دهند.

انرژی ای که به وسیله کهکشان ها بیرون داده می شود، از منابع مختلفی تأمین می شود. بیشتر این انرژی ها به گرمای ستارگان و ابرهای گرد و غبار و گاز به نام سحابی مربوط است.

دورترین کهکشان ها هم چنان نوری دارند که تلسکوپ فضایی هابل می تواند از آنها عکسبرداری کند. آنهایی که در عکس درخشان ترند، کهکشان هایی هستند که به زمین نزدیک ترند و شیئی که نارنجی روشن است ستاره ای در کهکشان ما است

وقوع برخی حوادث هم مقدار زیادی انرژی تولید می کند. مثل: 1-انفجارهای اخترها که در آن یکی از دو عضو یک سیستم ستاره ای دوتایی، گرد و غبار و گاز را به فضا پرتاب می کند. 2-انفجارهای ابرنواختر که بسیار شدیدتر است. در این انفجار ستاره ای در خود فرو می ریزد، سپس بیشتر موادش به بیرون ریخته می شود.

میزان تراکم اشعه تابشی ساطع شده از یک ستاره به دمای سطح آن بستگی دارد.

برای مثال خورشید که دمای سطحش حدود 5500 درجه سانتی گراد است بیشتر تابشش را از بخش قابل مشاهده طیف الکترومغناطیسی انجام می دهد. تابش های از این دست که تراکمشان به دما بستگی دارد، از خورشید و ستارگان طبیعی دیگر صورت می گیرند و تابش گرمایی نامیده می شوند.

درصد کوچکی از کهکشان ها به نام کهکشان های فعال مقدار وحشتناکی انرژی بیرون می دهند. این انرژی از حوادثی که در اشیای واقع در مرکزشان رخ می دهد، ناشی می شود. توزیع طول موج های خروجی از آنها شبیه به ستارگان طبیعی نیست و بنابراین خروجی انرژیشان به عنوان تابش غیر حرارتی شناخته می شوند.

قدرتمندترین این اشیاء کواسارها (quasars) هستند که مقدار عظیمی انرژی شامل اشعه گاما، اشعه ایکس، اشعه ماورای بنفش، اشعه مادون قرمز و امواج رادیویی خارج می کنند. بعضی از کواسارها 1000 برابر کل انرژی ای که از کهکشان راه شیری خارج می شود را بیروساطع ن می کنند.

کهکشان سیفرت (Seyfert) یک کهکشان مارپیچی است که مقدار زیادی اشعه  مادون قرمز ساطع می کند و به همراه آن یا امواج رادیویی یا اشعه ایکس و یا هم امواج رادیویی و هم اشعه ایکس را ساطع می کند.

بعضی از کهکشان های فعال، فوران ها و ذرات شارژ شده الکتریکی و با انرژی بالا شامل پروتون های با شارژ مثبت و پوزیترون ها و الکترون های با شارژ منفی خارج می کنند. الکترون ها و پروتون ها از نوع ماده معمولی هستند. اما پوزیترون ها ذراتی با خواص دقیقاً مخالف الکترون ها هستند. آنها همان جرم (مقدار ماده) الکترون ها را دارند اما بار مخالف الکترون ها را دارند.

به نظر می رسد دلیل فعالیت زیاد در کهکشان های فعال، سیاهچاله های غول پیکر در مرکز این کهکشان ها باشد. سیاهچاله می تواند یک میلیارد برابر جرم خورشید را در خود داشته باشد. از آن جایی که سیاهچاله بسیار پرجرم و متراکم است، نیروی جاذبه آن به قدر کافی قوی است تا ستارگان نزدیک را متلاشی کند. در نتیجه گاز و گرد و غبار ناشی از نابودی این ستارگان به طرف سیاهچاله می روند و وزنشان به دیسک موادی که به دور سیاهچاله می گردند، اضافه می شود. در همان زمان ماده از بخش داخلی تر دیسک به داخل سیاهچاله سقوط می کند. هنگامی که ماده سقوط می کند انرژی از دست می دهد. بنابراین تابش و فورانی تولید می کند که از کهکشان به خارج پرتاب می شود.

کهکشان راه شیری یک کهکشان فعال نیست. اما منبع قوی ای برای انرژی تابشی در مرکزش دارد. دلیل این انرژی تابشی ممکن است یک سیاهچاله باشد. سیاهچاله ای که یک میلیون برابر جرم خورشید را در خود دارد.

منشأ کهکشان ها

دانشمندان دو نوع نظریه اصلی درباره منشأ کهکشان ها ارائه داده اند. نقطه شروع هردو نظریه بیگ بنگ است. بیگ بنگ انفجاری جهانی است که ده میلیارد تا 20 میلیارد سال قبل شروع شد. مدت کوتاهی بعد از بیگ بنگ جرم های گازی شروع به جمع شدن یا فروریزی در داخل خود کردند. سپس نیروی جاذبه به آهستگی این جرم ها را به طرف داخل کهکشان ها فشرده کرد.

اما دو نوع نظریه متفاوت درباره این که کهکشان ها چگونه تکامل پیدا کرده اند وجود دارد. یک نظریه می گوید که ابتدا اشیای کوچک تر مثل خوشه های کروی تشکیل شدند. سپس این اشیاء یکی شدند تا کهکشان ها را تشکیل دهند. نظریه دیگر برعکس این را می گوید. یعنی ابتدا اشیای بزرگ تر مثل کهکشان ها و خوشه ها تشکیل شدند سپس گروه های کوچک تر ستارگان در داخل آنها شکل گرفتند. اما همه نظریه های بیگ بنگ در این نکته اشتراک دارند که هیچ کهکشان جدیدی از زمان های اولیه به بعد تشکیل نشده یا اگر هم تشکیل شده خیلی کم بوده.

تغییر رنگ به قرمز باعث جابجایی خطوط در طیف (نوار رنگ ها) شده. این طیف نور که به وسیله کهکشانی که از زمین دور می شود ساطع شده. چنان که می بینیم در انتهای دیاگرام خطوط به جانب رنگ قرمز می روند