کهکشان چیست و چگونه تشکیل میشود و چند گونه است؟
کهکشان چیست؟
کهکشان چیست: کهکشان مجموعه بزرگی متشکل از ماده تاریک، گاز، پلاسما، غبار و ستارههاست که بهوسیله نیروی جاذبه به هم پیوند خوردهاند. عالم پر از کهکشانهایی است که عمدتا بهصورت خوشهها یا گروههایی در آسمان پراکندهاند. کهکشانی که زمین و منظومه شمسی در آن جای گرفته است، کهکشان راه شیری نام دارد. هر کهکشان بسته به وسعت خود شاید حاوی چندین سحابی و صدها میلیارد ستاره باشد. تعداد کهکشانهایی که در گستره دید انسان هستند، تا بدینجا بیش از ۲ تریلیون کهکشان برآورد شده است. اما اینکه خدای متعال فراتر از گستره دید انسان چه تعداد کهکشان دیگر آفریده است، مشخص نیست. اخترشناسان هنوز بهدرستی نمیدانند علت تشکیل کهکشان چیست. اما چند فرآیند را در این خصوص مطرح کردهاند که شاید بتواند تا حدی نحوه تشکیل کهکشانها را توضیح دهد.
محتوا و اجزای کهکشان چیست؟
کهکشانها معمولا حاوی ستاره، بقایای ستارگان، گاز و غبار هستند. حدود ۹۰ درصد جرم کل کهکشان، ماده مرموزی موسوم به ماده تاریک است. ماده تاریک، نامرئی و به تعبیری، غیرقابلشناسایی است. به گمان اخترشناسان اگر ماده تاریک نبود، گرانش نیز در کهکشانها و در کیهان، اثر فعلی را نمیداشت.
نیروی گرانش در شکل فعلی کیهان نقش مهمی دارد. گرانش، سیارهها را حول خورشید نگه داشته است؛ گرانش، ستارهها را در مدارشان حول مرکز کهکشان به حرکت وامیدارد؛ و گرانش است که سبب میشود کهکشانها با نزدیک شدن به هم، گروههای محلی تشکیل دهند. و همچنین، گرانش بود که پس از وقوع مهبانگ سبب شد جهان مرئی، شکل کنونی را به خود بگیرد.
فرآیند پیدایش و شکلگیری کهکشانها؛ علت تشکیل کهکشان چیست؟
نحوه پیدایش و شکلگیری کهکشانها هنوز برای دانشمندان کاملا مشخص نیست. لذا در حال حاضر نمیتوان دقیقا توضیح داد که علت پیدایش کهکشان چیست و نحوه تشکیل کهکشان چگونه است. اما اخترشناسان سه فرآیند مهم را در تشکیل کهکشانها موثر میدانند:
- فروپاشی آغازین (primordial collapse): فروپاشیدن ابرهای گازی در اوایل تاریخ آفرینش عالم
- خوشهسازی سلسلهمراتبی (hierarchical clustering): ادغام کهکشانهای کوچک پرشمار و شکلگیری کهکشانهای بزرگ
- تکامل تدریجی و بلندمدت (secular evolution): شکلگیری کهکشانها درنتیجه تعامل بلندمدت آنها با یکدیگر و با محیطشان یا از طریق فرآیندهای درونی
کهکشانهای عالم پیوسته در اثر سه فرآیند عمده یعنی تکامل تدریجی، ادغام و تعامل در حال تغییرند. دانش فعلی انسان به او میگوید که در اوایل خلقت عالم، کهکشانها هنوز هیچ ستارهای نداشتند. کهکشانها را در این مرحله، پیشکهکشان (proto-galaxy) مینامند. پیشکهکشانها معمولا فقط حاوی گاز و ماده تاریک بودند. شاید هنوز هم پیشکهکشانهایی در این عالم باشند که در اینصورت در دسته ویژهای موسوم به کهکشانهای تاریک جای میگیرند؛ یعنی کهکشانهایی که از شرایط لازم برای تشکیل ستارگان برخوردار نیستند. کهکشانهای تاریک فقط از ماده تاریک و شاید گاز ساخته شدهاند. البته اخترشناسان و فیزیکاخترشناسان هنوز درباره نظریه تشکیل کهکشانها در حال بحث و مطالعه هستند. در بخش انتهاییِ همین مقاله، یکی از نظریهها درخصوص علت و نحوه پیدایش کهکشانها را آوردهایم که چنانچه مایل بودید میتوانید مطالعه کنید. فعلا به ادامه مطلب میپردازیم.
اندازه و جرم کهکشانها
جرم اکثر کهکشانها حدود ۱۰۷ تا ۱۰۱۲ جرم خورشیدی یعنی ۱۰۷ تا ۱۰۱۲ برابر جرم خورشید است. قطر کهکشانها نیز از چند کیلوپارسک تا بیش از صد کیلوپارسک است. هر پارسک برابر با ۳.۲۶ سال نوری یا ۳۰.۹ تریلیون کیلومتر است. قطر حلقه ستارگانی کهکشان راه شیری حدود ۵۰ کیلوپارسک است.
مطلب مرتبط: ستاره فراغول چیست و چه ویژگیهایی دارد
انواع کهکشان و ویژگی هر نوع کهکشان چیست
کهکشانها را برحسب ویژگیهای مختلف دستهبندی میکنند. یکی از رایجترین دستهبندیها را ادوین هابل پیشنهاد داد که بعدها جرارد وکولور آن را بازتعریف کرد. آنها کهکشانها را به سه دسته «مارپیچ»، «بیضوی» و «نامنظم» تقسیم کردند. اما اکتشافات بعدی نشان داد که بعضی از کهکشانها در هیچیک از سه گروه مذکور نمیگنجند. لذا دستهبندیهای دیگری هم اضافه شد. در زیر، فهرست انواع کهکشانها را میبینید. سه مورد نخست، پیشنهاد هابل بود و موارد بعدی، بعدها اضافه شدند.
انواع کهکشانها:
- مارپیچی (Spiral)
- بیضوی (Elliptical)
- نامنظم (Irregular)
- ستارهفشان (Starburst)
- حلقوی (Ring)
- عدسی (Lenticular)
- عجیب (Peculiar)
- کوتوله (Dwarf)
سه گونه نخست یعنی مارپیچ، بیضوی و نامنظم را میتوان براساس ویژگیهایی مثل میزان گشودگی مارپیچها، اندازه و گستره رشتهها و اندازه برآمدگی کهکشانی به زیرگروههای کوچکتر نیز تقسیم کرد. در ادامه، سه نوع کهکشان نخست را بیشتر توضیح میدهیم.
کهکشانهای مارپیچی
بیشترین کهکشانهایی که تاکنون در عالم کشف شدهاند، از نوع کهکشانهای مارپیچی بودهاند. کهکشان خود ما موسوم به کهکشان راه شیری، کهکشان مجاور ما موسوم به آندرومدا و همچنین کهکشان فرفره، کهکشان گرداب و کهکشان نهنگ از نوع کهکشانهای مارپیچی هستند. مارپیچها قرصهای چرخانی از ستارهها و سحابیها هستند که با پوستهای از ماده تاریک احاطه شدهاند. منطقه مرکزی درخشنده در هسته یک کهکشان را برآمدگی کهکشانی (galactic bulge) مینامند. بسیاری از کهکشانهای مارپیچی در بخش فوقانی و زیرین قرص خود، هالهای از ستارگان و خوشههای ستارهای دارند. کهکشانهای مارپیچی ممکن است نواری (بازودار) یا بدون نوار (بدون بازو) باشند.
کهکشانهای مارپیچی را با حرف S و کهکشانهای مارپیچی بازودار را با حروف SB نشان میدهند و بسته به میزان پیچیدگی بازوهایشان آنها را با یکی از حروف کوچک a یا b یا c مشخص میکنند. پرپیچترین کهکشانها را با عبارت Sa و کمپیچترینشان را حرف Sc نشان میدهند (تصویر).
مارپیچهایی که رشتههای ستارهای بزرگ و درخشان و موادی دارند که از بخشهای مرکزیشان میگذرند را مارپیچهای رشتهای (barred spirals) مینامند. اکثریت عمده کهکشانها سه رشته دارند و ستارهشناسان در حال بررسی آنها هستند تا کارکرد آنها درون کهکشان را دریابند. علاوه بر رشتهها، بسیاری از کهکشانهای مارپیچی در هسته خود سیاهچالههای بسیار پرجرمی دارند. زیرگونههای کهکشانهای مارپیچی بسته به خصوصیات برآمدگیها، بازوهای مارپیچی و میزان درهمپیچیدگی بازوها تعریف میشوند.
مطلب مرتبط: سحابی چیست و چگونه تشکیل میشود؟ انواع سحابیها
کهکشانهای بیضوی
کهکشانهای دوار یا بیضوی معمولا شبیه تخممرغ (دوار یا بیضوی) هستند و عمدتا در خوشههای کهکشانی و گروههای کهکشانی فشرده و کوچکتر جای دارند. اکثر کهکشانهای بیضوی حاوی ستارههای پیرتر و کمجرمتر هستند زیرا از گازها و ابرهای غباری ستارهساز بیبهرهاند. لذا این کهکشانها ستارههای جدید کمتری میسازند. برخی از کهکشانهای بیضوی حاوی تنها چندصد میلیون ستاره و برخی دیگر شاید دارای یکصد تریلیون ستاره باشند. اندازه کهکشانهای دوار نیز از چندصد سال نوری تا بیش از چندصدهزار سال نوری متفاوت است. ستارهشناسان اکنون احتمال میدهند که هر کهکشان بیضوی یک سیاهچاله مرکزی بسیار پرجرم دارد که با جرم خود کهکشان مرتبط است. جرم آسمانی Messier 87 نمونهای از کهکشانهای بیضوی است. کهکشانهای بیضوی زیرگونههایی نیز دارند. مثلا کهکشانهای بیضوی کوتوله ویژگیهایی دارند که سبب میشود هم نوعی کهکشان بیضوی نامنظم محسوب شوند و هم در گروههای ستارهای خاصی موسوم به خوشههای کروی جای بگیرند.
کهکشانهای بیضوی را با حرف E نشان میدهند و آنها را برحسب مقدار بیضوی یا پهن بودنشان شمارهگذاری میکنند. هرچه عدد کمتر باشد، یعنی کهکشان کهکشانهای عدسی که در مرکز نمودار هستند، را با عبارت S0 نشان میدهند. کهکشانهای عدسی نه کاملا بیضوی و نه کاملا مارپیچی هستند. آنها مرکز برجستهای دارند که قرصی از گاز و غبار آنرا احاطه کرده است و بازوهای مارپیچی چشمگیری ندارند.
مطلب مرتبط: کهکشان چرخ گاری چیست و چگونه تشکیل شده است؟
کهکشانهای نامنظم
کهکشانهای نامنظم همانگونه که از نامشان پیداست، شکل نامنظمی دارند. آنها را با حرف I نشان میدهند. بهترین نمونه از یک کهکشان نامنظم که از زمین نیز رصد میشود، ابر ماژلانی کوچک (Small Magellanic Cloud) است. کهکشان گرازماهی یا پنگوئن نیز کهکشانی نامنظم است که احتمالا ابتدا مارپیچی بوده است. کهکشانهای نامنظم معمولا آنقدرها ساختارمند نیستند فلذا آنها را نه میتوان جزو کهکشانهای مارپیچی و نه جزو کهکشانهای بیضوی دستهبندی کرد. آنها ممکن است ساختاری رشتهمانند داشته باشند و یا نواحی فعال ستارهساز داشته باشند و برخی نیز کوچکترند که آنها را جزو کهکشانهای نامنظم کوتوله دستهبندی میکنند.
ظاهرا اولین کهکشانی که حدود ۱۳.۵ میلیارد سال پیش پدید آمد، کهکشان نامنظم کوتوله بود. ضمنا کهکشانهای نامنظم برحسب میزان نامنظم بودن ساختارشان به زیرگونههای دیگری تقسیم میشوند.
کهکشانهای کوتوله
کهکشانهای کوتوله فراوانترین گونه کهکشان در عالم هستند اما بهخاطر درخشندگی ضعیف، جرم اندک و اندازه کوچکشان، شناسایی آنها سخت است. برای مثال، قُطر کهکشان راه شیری که کهکشان متوسطی است، حدود ۱۰۰,۰۰۰ سال نوری اما قطر کهکشانهای کوتوله معمولا بین ۳۰۰۰ تا ۳۰,۰۰۰ سال نوری است. آنها معمولا در خوشههای کهکشانی و در کنار کهکشانهای بزرگتر یافت و به سه زیرگونه تقسیم میشوند که عبارتند از کوتوله بیضوی، کوتوله شبهکره و کوتوله نامنظم.
یکی از انواع کوتولههای نامنظم، کوتولههای فشرده آبی (Blue Compact Dwarf) هستند. آنها گاز فراوانی دارند و بهسبب فعالیتهای شدید ستارهزایی، رنگشان آبی است. قطر آنها معمولا کمتر از ۳ کیلوپارسک و جرم آنها حدود ۱۰۹ جرم خورشیدی است.
مطلب مرتبط: تلسکوپ جیمز وب چیست و کجاست و چگونه کار میکند؟
ویژگیهای سه نوع اصلی کهکشان چیست (قدر مطلق، جرم و قطر)
| نوع کهکشان | قدر مطلق (میزان درخشندگی ذاتی) | جرم (برحسب جرم خورشیدی) | قطر (برحسب کیلوپارسک) |
| کهکشان بیضوی | ۸- تا ۲۳- | ۱۰۷ تا ۱۰۱۲ | حدود ۰.۳ تا چندصد |
| کهکشان مارپیچی | ۱۶- تا ۲۳- | ۱۰۹ تا ۱۰۱۲ | ۵ تا ۱۰۰ |
| کهکشان نامنظم | ۱۳- تا ۲۰- | ۱۰۸ تا ۱۰۱۰ | ۱ تا ۱۰ |
ساختارهای کهکشانی بزرگ
گاهی کهکشانها با تجمع در بخشی از کیهان، ساختارهای کیهانی بسیار بزرگی میسازند که در ادامه به آنها اشاره میکنیم. بزرگترین ساختارهای کهکشانی بهترتیب اندازه از کوچک به بزرگ چنین هستند:
- گروههای کهکشانی (galactic groups)
- خوشههای کهکشانی (galaxy clusters)
- ابرخوشههای کهکشانی (galaxy superclusters)
- رشتهکهکشانها (galaxy filaments) یا دیوارهای بزرگ (great walls)
گروه کهکشانی چیست؟
بعضی از کهکشانهای عالم تقریبا به هم نزدیک هستند. به چنین کهکشانهایی «گروه کهکشانی» میگویند. برای مثال، کهکشان ما یعنی راه شیری نیز عضو گروهی متشکل از دستکم ۵۴ کهکشان است که به آنها گروه محلی (local group) میگویند. نزدیکترین کهکشان به ما آندرومدا نام دارد.
مرزهای بیرونی گروه محلی تا یک میلیون سال نوری امتداد دارد. آندرومدا و سپس راه شیری پرجرمترین کهکشانهای گروه محلی هستند.
خوشه کهکشانی چیست؟
کهکشانهای ساختارها یا اجتماعات بزرگتری هم تشکیل میدهند که به آن خوشه کهکشانی (galactic cluster) میگویند. فرق بین گروه و خوشه، تعداد کهکشانهای موجود در آنهاست. خوشهها سومین ساختارهای بزرگ کیهانی هستند. هر خوشه بین ۱۰۰ الی ۱۰۰۰ کهکشان دارد.
اَبَرخوشه کهکشانی چیست
دومین ساختارهای بزرگ در کیهان، ابرخوشهها هستند. هر ابرخوشه شامل چند خوشه است. گروه محلی، بخشی از ابرخوشه گرداب است. ابرخوشه گرداب، جِرم آسمانی غولپیکری است که بیش از ۱۰۰ گروه و خوشه کهکشانی دارد که گروه محلی تنها یکی از آنهاست. قطر ابرخوشه گرداب، ۱۱۰ میلیون سال نوری است.
رشته کهکشانی چیست؟
و سرانجام به صدر فهرست میرسیم: بزرگترین ساختارهای کیهانی، رشتهکهکشانها هستند که هر کدامشان بخش چشمگیری از کیهان را اشغال کردهاند و به آنها اصطلاحا دیوارهای بزرگ هم میگویند. رشتههای کهکشانی مجموعهای از ابرخوشههای کهکشانی هستند. برای مثال، یکی از رشتهکهکشانهای سترگ، دیوار بزرگ CfA2 است که به آن دیوار گیسو (Coma Wall) نیز میگویند. دیوار گیسو حدود ۲۰۰ میلیون سال نوری از ما فاصله دارد؛ طول آن ۵۰۰ میلیون یا ۷۵۰ میلیون سال نوری، عرض آن ۳۰۰ میلیون سال نوری و ضخامتش ۱۶ میلیون سال نوری است. شاید اندازه واقعی آن حتی بزرگتر هم باشد اما چون ما درون کهکشان راه شیری هستیم، گازها و غبارهای کهکشان، جلوی دیدِ ما را میگیرند و نمیتوانیم ابعاد دیوار گیسو را دقیقتر بسنجیم.
پیدایش نخستین کهکشانها در کیهان (بررسی یکی از نظریهها)
همانطور که قبلا گفتیم، میخواهیم یکی از نظریهها درباره نحوه پیدایش کهکشانها را مرور کنیم. نظریه مذکور میگوید، حدود ۳۰۰,۰۰۰ سال تا ۱۵۰ میلیون سال پس از وقوع مهبانگ، جهان ما دورانی را پشت سر نهاد که به آن دوران تاریک (Dark Ages) میگویند، زیرا در آن هنگام هنوز هیچ ستاره و هیچ کهکشانی خلق نشده بود. کیهان، جوان و تاریک بود و ماده تاریک بر هر چیز دیگری در عالم غلبه داشت.
هنوز کاملا نمیدانیم که پیشکهکشانها (یعنی اجرامی که تدریجا شکل گرفته و در گذر زمان به کهکشان تبدیل شدند) چگونه پدید آمدند، اما میدانیم که گرانش در پیدایش کهکشانها نقش مهمی داشت. جهان در دوران تاریک حاوی ماده تاریک بود و حالتی داشت که اصطلاحا به آن سوپ فوتونی میگویند. به هر ذره از پرتوهای الکترومغناطیسی یک فوتون میگویند. پرتو الکترومغناطیسی به زبان ساده همان نور است و نور ممکن است مرئی یا نامرئی باشد. مثلا پرتو ایکس یا حتی امواج رادیویی نیز شکلی از نور اما نامرئی هستند. فوتونها در آن زمان بار الکتریکی خنثی داشتند و بههمین سبب نامرئی بودند. برای اینکه مرئی شوند، باید بار الکتریکی میگرفتند یا اصطلاحا یونیده میشدند.
نقش مهم گرانش
سوپ فوتونی تماما یکدست نبود؛ بعضی جاها تراکم بیشتر و بعضی جاها تراکم کمتری داشت. آنگاه گرانش که نتیجهی مستقیم وجود جِرم است، وارد عمل شد و تودههای فوتونی را سمت یکدیگر کشید. وقتی تراکم یا چگالی آنها از حدی فراتر رفت، پرتوافشانی کردند و تشعشاتشان در کیهان منتشر شد و کیهان را یونیزه کردند. بدینترتیب، رمبش گرانشی (یا فشردگی فزایندهی ناشی از افزایش جِرم و گرانش) آنقدر تداوم یافت که سرانجام سوپ فوتونی به تودههای مرئی تبدیل شد و بدینسان، خوشههای کروی کوچکی پدید آمدند. خوشههای کوچک کروی با هم ادغام شدند و کهکشانهای بزرگتری ساختند. تداوم اثر گرانش، بعضی از تودهها را چنان درهمفشرد که دمای آنها را تا میلیونها درجه سانتیگراد افزایش داد و به وقوع همجوشی هستهای منجر شد و بدینترتیب اولین ستارهها درون کهکشانها مشتعل و متولد شدند.
اولین ستارههای عالم بسیار پرجرم بودند و لذا عمر کوتاهتری داشتند، زیرا هرچه جرم ستاره بیشتر باشد، دمای آن نیز افزایش مییابد و نتیجتاً سوخت خود را سریعتر میسوزاند. پایان زندگی ستارههای پرجرم با انفجار مهیبی همراه بود که به آن ابرنواختر میگویند. انفجار ابرنواختر، پسماندهای ستاره را به فضای اطراف میپاشد و از بقایای همان گازها و غبارها سلسلهای از ستارههای جدید متولد میشوند. با تداوم این روند، پیشکهکشان به کهکشان تبدیل میشود. البته یادآوری میکنیم که آنچه در این خصوص ذکر شد، نظریه است و صحت آن قطعی نیست.
