آیا ساختار درونی کهکشان‌های مارپیچی هم به شکل مارپیچی است؟

                             تصویر تخیلی از کهکشان راه شیری

برای اولین بار ستاره شناسان در یک اتفاق کاملا تصادفی موفق شدند، ویژگی‌های بنیادی یک کهکشان مارپیچی که در فاصله‌ی بیش از9 میلیارد سال‌نوری از ما قرار دارد را اندازه‌گیری کنند. مشاهدات نشان می‌دهد که در مرکز این کهکشان اتمهای اکسیژن و آهن زیادی وجود، اما در لبه‌های آن اینگونه نیست. در صورتی  که در کهکشان‌های مارپیچی  مانند کهکشان راه شیری و  یا کهکشان همسایه‌ی ما به نام کهکشان زن به زنجیر بسته (آندرومدا) معمولا یک توده‌ی بزرگ در مرکز است و بقیه ستاره‌ها از بیرون صفحه به طور مارپیچی روی یک دیسک به درون این توده کشیده می شوند.

این دیسک محل قرارگیری خورشید و دیگر ستاره‌های کهکشان ماست، اما اینکه شکل این دیسک دقیقا چگونه است را کسی نمی داند.

یک روش برای آگاهی از این موضوع، بررسی فراوانی عناصرفلزی ستاره‌های بازو‌های کهکشان است. منظور ازاصطلاح بررسی فراوانی عناصر فلزی ، تعیین نسبت عناصر (غیر از هیدروژن وهلیوم) موجود درستاره‌ها به مقدار هیدروژن و هلیوم آن‌هاست. این عناصر در فرایندهای هسته‌ای ستاره‌ای تولید می‌شوند. و در اثر انفجا‌رهای سطحی یا انفجار خود ستاره در فضای بین ستاره‌ای پراکنده می‌شوند. چون در مرکز کهکشان‌ تراکم ستاره‌ها بسیار زیاد است، مقدار عناصر فلزی در نزدیکی محل اتصال بازو‌های مارپیچی به مرکز کهکشان بسیار زیاد است؛ البته فراوانی  این مواد تا لبه‌ی بازو‌ها روند کاهشی دارد. برای مثال در کهکشان خودمان در فاصله 10000 سال نوری از مرکز بازو‌ها مقدار عناصر فلزی به 35% افت می‌کند.

نظریه‌های متناقض

نظریه‌های مختلفی وجود دارد که چگونگی روند تغییر فراوانی عناصر فلزی را در طول میلیارد‌ها سال پیش‌بینی می‌کنند. بعضی از این نظریه‌ها پیش‌بینی می‌کنند که این روند در ابتدا به سرعت شروع می‌شود اما به تدریج رو به کاهش می‌رود. بعضی دیگر هم دقیقا خلاف این موضوع را پیش‌بینی کرده‌اند! اگر ستاره‌شناسان می‌توانستند این مقدار را در کهکشان‌های مارپیچی که در فاصله های چندیدن میلیارد سال‌نوری از ما قرار دارند را رصد کنند، می‌توانستیم با استفاده از آن چگونگی شکل گیری دیسک کهکشانی را دریابیم -چرا که با بررسی کهکشان‌های دور دست میتوان تصویر هزاران سال پیش این مدل‌ها را دید و با تصویر کنونی آ‌ن‌ها از کهکشان های نزدیک و حتی کهکشان خودمان روند تغییرات آن را بدست آورد. اما متاسفانه چون طول بازو‌ها زیاد و نورشان نسبت به بخش مرکزی بسیار کم است، تا به حال چنین امکانی ایجاد نشده بود.

به تازگی تین تین یوان1  و لیزا کیلی2  از دانشگاه هاوایی در هونولولو به همراه همکاران خود در دانشگاه دورهام بریتانیا یک کهکشان مارپیچی در صورت فلکی  شیر (اسد) را با رده‌ی انتقال به سرخ 49/1 را رصد کرده‌اند. این به این معنی است که انبساط جهان باعث افزایش طول موج این کهکشان به میزان  149% در راه رسیدن به زمین شده‌است. چنین انتقال به سرخ  زیادی نشان می‌دهد که این کهکشان در فاصله 3/9 میلیارد سال‌نوری از ما قرار دارد. و ما در حال حاضر در شرایطی نور آن را دریافت می کنیم که تنها 4/4 سال‌ از سن کیهان پس از مهبانگ  (انفجار بزرگ) سپری شده است! این  کهکشان در خوشه کهکشانی مکینتاش3 جی 1149.5+2223  قرار دارد و چون در پشت یک خوشه قرار گرفته است، بسیار عالی دیده می‌شود؛ چرا که این خوشه بسیار پر‌جرم بوده و با ایجاد عدسی گرانشی باعث شده که این کهکشان 22 بار روشن‌تر دیده شود.

شیب بسیار تند روند فراوانی عناصر فلزی

یوان و همکارانش با استفاده از تلسکوپ کک 2 مجموعه‌ی رصد‌خانه‌ی موناکیآ4  در هاوایی نرخ تغییرات فراوانی عناصر فلزی را در نقاط مختلف این کهکشان اندازه‌گیری کرده‌اند. یوان بیان می‌کند " روند تغییرات فراوانی عناصر فلزی بسیار بسیار تند است". با فاصله گرفتن از دیسک کهکشان تنها به اندازه 10000 سال‌نوری میزان فراوانی عناصر فلزی به 68% کاهش می‌یابد و این به‌این دلیل است که ما در حال حاضر دوره‌ی جوانی کهکشان را می بینیم و این تغییرات سریع نیز احتمالا به دلیل جوان بودن کهکشان است.

اندرو بنسون5 ستاره شناس کالیفرنیایی در باره‌ی نتیجه‌ی این رصد‌ها مدل دیگری را درنظر دارد: در این مدل یک توده‌ی گازی در اثر فرو ریزش جرمش تعداد بسیار زیادی ستاره را در مرکز دیسک خود ایجاد می کند واین تولد ستاره‌ها به سرعت به افزایش فراوانی عناصر فلزی کمک می‌کنند. اما بدلیل وجود تعدادی ستاره‌ی{ احتمالا پیر} در کنار دیسک، میزان عناصر فلزی کم باقی می‌ماند. بنابراین با تغییر فراوانی عناصر فلزی ، شبیه کهکشان  بسیار دور صورت فلکی شیر، شکل گیری دیسک آغاز می‌شود. سپس، با گذشت  میلیاردها  سال طی تکامل، ستاره‌ها با بالا بردن میزان عناصر فلزی، شیب تغییرات فراوانی آن را  هموار می‌کنند.

کهکشان‌های بیشتری نیاز است

یوان می گوید این کهکشان تنها موردی است که این موضوع را نشان می‌دهد ودر چند سال گذشته کهکشانی غیر مارپیچی نیز رصد شد که دارای روند تندی در تغییرات فراوانی عناصر فلزی بود، اما چون مارپیچی نبوده نمی توان از آن در این مورد استفاده کرد.

بنابر این گام بعدی این ستاره شناسان رصد کهکشان های مارپیچی  دیگری از این دست است تا بتوان به طور دقیق نظریه را بررسی کرد.

منبع سایت :

http://physicsworld.com/cws/article/news/45677

1.    Tiantian Yuan

2.    Lisa Kewley

3.    MACS J1149.5+2223

4.    Keck II

5.    Andrew Benson

برگردان به فارسی:

یاسر شاپوری دانشجوی فیزیک دانشگاه کاشان

Basetareha24@gmail.com