آیا ساختار دروني کهکشان‌هاي مارپيچي هم به شكل مارپيچي است؟
تصویر تخیلی از كهكشان راه شیری
برای اولین بار ستاره شناسان در یک اتفاق کاملا تصادفی موفق شدند، ویژگی‌های بنیادی یک کهکشان مارپیچی که در فاصله‌ی بیش از9 ميليارد سال‌نوری از ما قرار دارد را اندازه‌گیری کنند. مشاهدات نشان می‌دهد که در مرکز این کهکشان اتمهاي اکسیژن و آهن زيادي وجود، اما در لبه‌های آن اینگونه نیست. در صورتی که در کهکشان‌های مارپیچی مانند كهكشان راه شيري و يا کهکشان همسایه‌ی ما به نام كهكشان زن به زنجير 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 فراواني عناصرفلزي ستاره‌های بازو‌های کهکشان است. منظور ازاصطلاح بررسي فراواني عناصر فلزي ، تعيين 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 فلزي در نزدیکی محل اتصال بازو‌های مارپیچی به مرکز کهکشان بسیار زیاد است؛ البته فراواني این مواد تا لبه‌ی بازو‌ها روند كاهشي دارد. برای مثال در کهکشان خودمان در فاصله 10000 سال نوری از مرکز بازو‌ها مقدار عناصر فلزي به 35% افت می‌کند.
نظریه‌های متناقض
نظریه‌های مختلفی وجود دارد که چگونگی روند تغییر فراواني عناصر فلزي را در طول ميلياردها سال پیش‌بینی می‌کنند. بعضی از این نظریه‌ها پیش‌بینی می‌کنند که این روند در ابتدا به سرعت شروع می‌شود اما به تدریج رو به كاهش مي‌رود. بعضی دیگر هم دقیقا خلاف این موضوع را پیش‌بینی کرده‌اند! اگر ستاره‌شناسان می‌توانستند این مقدار را در کهکشان‌های مارپیچی كه در فاصله های چندیدن ميليارد سال‌نوری از ما قرار دارند را رصد کنند، می‌توانستیم با استفاده از آن چگونگی شکل گیری دیسک کهکشانی را دریابیم -چرا كه با بررسي كهكشانهاي دور دست ميتوان تصوير هزاران سال پيش اين مدل‌ها را ديد و با تصوير كنوني آ‌ن‌ها از كهكشان هاي نزديك و حتي كهكشان خودمان روند تغييرات 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 افزايش طول موج اين كهكشان به ميزان 149% در راه رسيدن به زمین شده‌است. چنین انتقال به سرخ زیادی نشان می‌دهد که این کهکشان در فاصله 3/9 ميليارد سال‌نوری از ما قرار دارد. و ما در حال حاضر در شرايطي نور آن را دريافت مي كنيم كه تنها 4/4 سال از سن كيهان پس از مهبانگ (انفجار بزرگ) سپري شده است! این کهکشان در خوشه کهکشانی مکینتاش3 جی 1149.5+2223 قرار دارد و چون در پشت يك خوشه قرار گرفته است، بسیار عالی دیده می‌شود؛ چرا که این خوشه بسیار پر‌جرم بوده و با ایجاد عدسي گرانشی باعث شده که این کهکشان 22 بار روشن‌تر دیده شود.
شیب بسیار تند روند فراواني عناصر فلزي
یوان و همکارانش با استفاده از تلسکوپ کک 2 مجموعه‌ی رصد‌خانه‌ی موناکیآ4 در هاوایی نرخ تغییرات فراواني عناصر فلزي را در نقاط مختلف این کهکشان اندازه‌گیری کرده‌اند. یوان بیان می‌کند " روند تغییرات فراواني عناصر فلزي بسیار بسیار تند است". با فاصله گرفتن از دیسک کهکشان تنها به اندازه 10000 سال‌نوری میزان فراواني عناصر فلزي 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 فراواني عناصر فلزي کمک می‌کنند. اما بدلیل وجود تعدادی ستاره‌ی{ احتمالا پیر} در کنار دیسک، میزان عناصر فلزي کم باقی می‌ماند. بنابراین با تغییر فراواني عناصر فلزي ، شبیه کهکشان بسیار دور صورت فلکی شیر، شكل گيري دیسک آغاز می‌شود. سپس، با گذشت ميلياردها سال طی تکامل، ستاره‌ها با بالا بردن میزان عناصر فلزي، شیب تغییرات فراواني 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 فراواني عناصر فلزي 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 سايت :
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 فارسي:
ياسر شاپوري دانشجوي فيزيك دانشگاه كاشان
Basetareha24@gmail.com
کلمات کليدي : ساختار كهكشان ماپيچي
