نوشته‌ها

وزن کردن راه شیری

کهکشان راه شیری در ترازوی اخترشناسان!

تعداد بازدید: 168

خوشه‌های کروی در اطراف راه شیری

امتیاز تصویر: NASA. STScI

کهکشان راه شیری یعنی جزیره کیهانی غول پیکری که ما در آن زندگی می‌کنیم. ، در حدود ۲۰۰ میلیارد ستاره را در خود جای داده است. البته این عدد، فقط نوکِ کوه یخی است که حقیقت راه شیری را می‌سازد. چرا که راه شیری توسط مقادیر عظیمی از ماده‌ای ناشناخته و غیرقابل مشاهده احاطه شده است که به «ماده تاریک» مشهور شده است.

توزیع و حرکت خوشه‌های کروی در اطراف کهکشان راه شیری، رمز اصلی یافتن جرم کهکشانِ خودمان است.

ماده تاریک در کهکشان راه شیری

در حقیقت درصد زیادی از جرم راه شیری را «ماده تاریک» تشکیل می‌دهد که تاکنون هیچ اثر مرئی از آن مشاهده نشده است. این «ماده تاریک» یا به عبارت دیگر ماده مجهول، از آن جهت که هیچ تابشی ندارد هنوز به صورت مستقیم دیده نشده است، اما آثار قطعی از وجود آن، هم در کهکشان خودمان و هم در کهکشان‌های دیگر و هم در خوشه‌های کهکشانی مشاهده و رصد شده است.

اطراف بخش مرئی کهکشان راه شیری را هاله‌ای از ماده تاریک پوشانده است که مهمترین اثر حضور و وجود آن را می‌توانیم در سرعت ستارگان راه شیری و پایداری سیستم کهکشان مشاهده کنیم. با توجه به سرعت‌هایی که ستارگان در کهکشان دارند، اگر هاله ماده تاریک در اطراف راه شیری وجود نداشت، ستارگان از کهکشان جدا می‌شدند و آرام آرام کهکشان تکه تکه می‌شد. ولی نیروی گرانشی ماده تاریکِ هاله، همچون چسبی گرانشی ستاره‌ها را در کهکشان نگه داشته است.

اثر مهمی که از جرم و گرانش ماده تاریک می‌توان مشاهده کرد و برای محاسبه جرم کهکشان راه‌گشاست، سرعت حرکت خوشه‌های کروی است. هرچه مقدار ماده تاریک بیشتری موجود باشد، باعث سریعتر شدن حرکت این خوشه‌ها می‌شود.

خوشه‌های کروی: ترازوی کهکشانی!

اخترشناسان همچنان در تلاشند که اندازه دقیقی از جرم کهکشان به دست آورند، تا به درک بهتر و دقیق‌تری از سیر تحولِ بی‌شمار کهکشان موجود در عالم برسند. کهکشان‌هایی که تاکنون در کیهان رصد شده‌اند، جرم‌های متفاوتی دارند و در محدوده‌ای از حداقل چند میلیارد برابر جرم خورشید تا حداکثر ۳۰٫۰۰۰ میلیارد برابر جرم خورشید را ـ که سنگین‌ترین کهکشان‌ها هستند ـ شامل می‌شوند. اما جایگاه کهکشان خودمان ، راه شیری در این مقیاس کجاست؟ و مهمتر این‌که چگونه می‌توان کهکشان را وزن کرد؟!

مسلما ترازویی برای این کار وجود ندارد، اما پژوشگرانِ ستاره شناس، از دهه‌ها قبل با بررسی توزیع و سرعت حرکت خوشه‌های کروی در کهکشان راه شیری، راهی یافته‌اند که می‌تواند هم اندازه و هم جرم راه شیری را برای آن‌ها مشخص کند.

به تازگی (۱۶ اسفند ۱۳۹۷) گروهی از اخترشناسان کنجکاو اعلام کرده‌اند که توانسته‌اند با ترکیب داده‌های دقیق تلسکوپ فضایی «هابل» و ماهواره «گایا» و مطالعات دقیقی از حرکت خوشه‌های کروی در اطراف راه شیری، یکی از دقیق‌ترین اندازه‌گیری‌های جرم کهکشان راه شیری را به نمایش بگذارند.

خوشه‌های کروی: گروه‌های متراکم از چند صدهزار ستاره هستند که تحت اثر نیروی گرانش‌شان در محدوده کوچکی از فضا در کنار هم قرار دارند. در کهکشان راه شیری حدود ۱۵۰ خوشه کروی رصد شده است.

خوشه کروی NGC5466

خوشه کروی NGC 5466 امتیاز تصویر از: www.capella-observatory.com

خوشه‌های کروی ستاره‌های کهنسالی درون خود دارند که نشان از آن دارد که این خوشه‌ها جزء اولین ساکنین راه شیری هستند؛ که فقط چند صد میلیون سال پس از مهبانگ ایجاد شده‌اند. زمانی که هنوز نه خورشیدی وجود داشته و نه ساختار قرص و مارپیچی‌ای در کهکشان راه شیری شکل گرفته بوده است!

این خوشه‌های کروی همچون زنبورهایی که در اطراف کندوی‌شان در حال پرواز هستند، پیرامون راه شیری در حرکتند. هرقدر که کهکشان سنگین‌تر باشد، این خوشه‌های کروی سریع‌تر حرکت می‌کنند. بنابراین با بررسی سرعت حرکت آن‌ها به دور کهکشان می‌توان جرم آن را با دقت خوبی اندازه‌گیری کرد.

پژوهش‌هایی که در دهه‌های گذشته انجام شده بود، جرم راه شیری را بین ۵۰۰ تا ۳۰۰۰ میلیارد جرم خورشیدی تخمین زده بودند. اما این پژوهش جدید که با داده‌های دقیق تلسکوپ فضایی هابل و ماهواره گایا، بسیار بهبود یافته است؛ مقدار میانیِ این محدوده را برای جرم کهکشان‌مان به دست آورده است.

در این اندازه‌گیری، جرم راه شیری حدود ۱۵۰۰ میلیارد جرم خورشیدی به دست آمده است. البته از این عدد نهایتا مقدار ۲۰۰ میلیاردش متعلق به اجرامی است که می‌توانیم در کهکشان به صورت مستقیم مشاهده کنیم که شامل ستاره‌ها، سحابی‌ها، ابرها و غبارهای میان ستاره‌ای و آن سیاه‌چاله ابرسنگین مرکزی می‌باشد.

جرم خورشیدی: جرم خورشید، یعنی مقدار ماده‌ای که در خورشید وجود دارد؛ معیار استانداردی است که در نجوم و ستاره شناسی برای بیان جرمِ اجرام کیهانی نظیر ستارگان، سحابی‌ها، خوشه‌های ستاره‌ای و کهکشان‌ها استفاده می‌شود.

جرم خورشید تقریبا برابر است با: ۲۰۰۰ میلیارد میلیارد میلیارد کیلوگرم؛ که معادل ۳۳۳٫۰۰۰ برابر جرم زمین است!

 

همکاری هابل و گایا

در بیشتر تحقیقاتی که قبلا انجام شده بود، اندازه‌گیری سرعت حرکت خوشه‌ها فقط در امتداد خط دید آن خوشه‌ها بوده است. بنابراین فقط می‌توانستند سرعت نزدیک یا دورشدن خوشه (که به آن سرعت شعاعی گفته می‌شود) را از زمین محاسبه کنند. از این رو خطا و عدم اطمینان زیادی در نتایج ایجاد می‌شد. اما در اطلاعاتی که از تلسکوپ هابل و ماهواره گایا برای ۴۶ خوشه کروی رصد شده، دریافت شده است، سرعت عرضیِ (یعنی حرکت جانبی) آن‌ها هم علاوه بر سرعت شعاعی استخراج شده است. این امر موجب افزایش دقت این محاسبات است.

گایا به علت دقت زیادی که دارد می‌تواند موقعیت سه بعدی خوشه‌ها را در اطراف کهکشان مشخص کند و در عوض تلسکوپ هابل به علت نفوذ بیشتر به عمق آسمان می‌تواند ستارگان و خوشه‌های کم‌نورتر و دورتر را رصد کند. در این پژوهش، گایا ۳۴ خوشه‌ای که تا فاصله ۶۵٫۰۰۰ سال نوری قرار داشتند را بررسی کرده و تلسکوپ هابل ۱۲ خوشه دوردست را که تا ۱۳۴٫۰۰۰ سال نوری بودند، بررسی کرد.

هنگامی که اندازه‌گیری‌های هابل و گایا همچون نقاط پایه بر روی نقشه‌های کهکشانی با هم ترکیب شوند، می‌توان توزیع جرم کهکشان را تا شعاع یک میلیون سال نوری از زمین بررسی کرد.

جابه‌جایی خوشه‌ها:

تصاویر دقیق تلسکوپ فضایی هابل از جابه‌جایی خوشه کروی NGC5466

امتیاز عکس از: NASA, ESA, STScI

عکس سمت چپ: قسمتی از خوشه کروی NGC5466 که توسط تلسکوپ فضایی هابل تهیه شده، در این عکس ثبت شده است. این خوشه یکی از ۱۵۰ خوشه کروی در کهکشان راه شیری است که همچون زنبورهایی به دور کندویِ راه شیری در حرکت و چرخش هستند. با مطالعه سرعتِ چرخش آن‌ها به دور راه شیری می‌توان جرم کهکشان را با دقت خوبی محاسبه کرد.

عکس سمت راست: قسمت کوچکی از همان خوشه NGC5466 که جزئیات زیادی از ستارگان خوشه را در مقابل کهکشان‌های دوردست نشان می‌دهد. (از جمله شاهکارهای تلسکوپ هابل که از عهده تلسکوپ‌های دیگر برنمی‌آید!)

برای سنجیدن سرعت خوشه، تصویر بسیار دقیق هابل از این خوشه، در یک بازه زمانی ۱۰ ساله با هم مقایسه شده‌اند. ستارگانی را که در این کادرِ شبکه بندی می‌بینید، مربوط به خوشه کروی است و شبکه قرمز رنگ در واقع به آن کهکشان‌های دوردست چسبیده است و می‌توانیم جابه‌جایی خوشه را نسبت به آن‌ها تشخیص دهیم. خوشه NGC5466 در فاصله ۵۲٫۰۰۰ سال نوری از ماست، اما آن کهکشان‌ها میلیون‌ها سال نوری دورتر هستند، بنابراین در یک مدتِ ۱۰ ساله می‌توان جابه‌جایی ستارگان خوشه را به دور راه شیری تشخیص داد و مقدار آن را اندازه‌گیری کرد. چنین اندازه‌گیری‌های دقیق، وقتی با دیگر داده‌ها (احتمالا از سایر خوشه‌های رصد شده) ترکیب شدند، اندازه ۱۵۰۰ میلیارد برابر جرم خورشیدی را به ما داده‌اند.

 

منبع: تلسکوپ فضایی + هابل + گایا

تهیه و تنظیم: محمد همایونی

 

دنیای کهکشان‌ها

سفر به دنیای کهکشان‌ها

کشف کهکشان جدید

اخیرا (: بهمن ۱۳۹۷) اخترشناسان توانسته‌اند در یکی از عکس‌های با جزئیات تلسکوپ فضایی هابل، کهکشان جدیدی را کشف کنند. این کهکشان جدید یک کهکشان کوتوله بضوی است که در فاصله ۳۰ میلیون سال نوری از زمین قرار دارد. نام بدین ۱ (Bedin 1) بر این کهکشان گذاشته شده است.

↓ ویدئوی این کشف را در پایین همین مقاله مشاهده کنید ↓

کشف این کهکشان، ماجرای جالبی دارد: در واقع این کهکشان کوتوله با ستارگانی بسیار کم‌فروغ، در پسِ ستارگانِ درخشان یک خوشه ستاره‌ای کروی به نام NGC 6752 قرار گرفته است. همین موقعیت باعث شده که تاکنون از دید اخترشناسان پنهان بماند.

در این تصویرِ بسیار واضح و سرشارِ از جزئیاتی که تلسکوپ فضایی هابل از قسمتی از خوشه کروی NGC 6752 ثبت کرده است، این کهکشان همچون توده‌ای (کُپّه‌ای) از ستارگانِ بسیار کم‌نور مشاهده می‌شود که می‌توانید آن‌ها را در گوشه بالایی و سمت چپ این تصویر مشاهده کنید.

 

کهکشان جدید در پشت خوشه کروی

امتیاز عکس از spacetelescope.org

اما ماجرای این عکس زیبای هابل، به کشف این کهکشان ختم نمی‌شود. کافی است شما عکسِ با کیفیت و جزئیات تلسکوپ هابل را دانلود کنید و آن را در بزرگنمایی بالا مشاهده کنید و در آن کاوش کنید. مطمئن هستم که شما هم همچون من از مشاهده تعدادِ بی‌شمار کهکشان‌هایی که در فراسوی ستارگان آن خوشه ستاره‌ای قرار دارند و همچون توده‌هایی مه‌آلود، خودنمایی می‌کنند؛ به وجد خواهید آمد.

شگفتی من به قدری زیاد بود که مرا واداشت تا ویدئویی برای توضیح این عکس و آن کهکشان‌های دور دست تهیه کرده و آن را به همه علاقه‌مندانِ دیدنِ شگفتی‌های کیهان تقدیم کنم. در ویدئوی زیر علاوه بر بیان کشف جدید هابل، به بررسی اعماق این تصویرِ فوق العاده زیبا و حیرت‌انگیز تلسکوپ فضایی هابل پرداخته‌ام. امیدوارم از دیدن آن لذت برید و شما هم تصدیق کنید که:

«یک ستاره شناس این جهان را مکانی زیباتر برای زندگی می‌بیند»

از آن جهت که مشاهده‌ی آن همه کهکشانِ دوردست و جزئیاتِ زیبای این عکس، نیاز به کیفیت بالای ویدئو دارد، حجم این ویدئو کمی از حد معمول بالاست.

ویدئوی کشف کهکشان جدید و سیری در دنیای کهکشان‌ها

دانلود ویدئو:

 

منبع: spacetelescope.org

تهیه و تنظیم: محمد همایونی

 

آموزش نجوم: خوشه کروی NGC6934

خوشه های کروی باستانی

خوشه های کروی یکی از اجرام زیبا در کهکشان‌ها و کیهان هستند که در آسمان شب توجه هر رصدگر را به خود جلب می‌کند. توده‌هایی متراکم از تعداد بسیار زیاد ستارگان بسیار پیر که در فضای اطراف کهکشان‌ها می‌توانیم آن‌ها را رصد کنیم. خوشه های کروی از جمله اجسام سماوی جذاب برای رصدهای آماتوری است.

[box type=”download” align=”aligncenter” class=”” width=””]فایل صوتی این مقاله را هم گوش کنید:

[/box]

همانطور که می‌دانید در آسمان دو نوع خوشه ستاره‌ای را می‌توانیم مشاهده کنیم:

۱.  خوشه‌های ستاره‌ای باز: مشابه خوشه پروین که ستارگان بسیار کمی دارند، (یعنی چند ده تا چند صد ستاره) و عموما سن جوان و کمی دارند.

در مقابل:

۲.  خوشه‌های کروی: یا خوشه‌های بسته، مجموعه‌هایی از ستارگانی هستند در کنار هم با تعداد بسیار زیادی. از چندصدهزار ستاره تا حدود یک تا دو میلیون ستاره در بعضی از خوشه‌ها عضو دارند. این باعث می‌شود که فاصله بین ستارگان خیلی کم باشد و تراکم خیلی زیاد. ویژگی خاص این خوشه‌ها سن بسیار بالای آن‌هاست که حدود چندین میلیارد سال سن آن‌ها محاسبه شده است!

آموزش نجوم : خوشه های کروی

خوشه کروی NGC 6934

پراکندگی خوشه‌های کروی در کهکشان راه شیری، در جایی است به نام هاله کهکشانی که فضایی تقریبا کروی شکل در اطراف صفحه کهکشان را تشکیل می‌دهد به نحوی که بالا و پایین صفحه کهکشانی را هم شامل می‌شود. برخلاف آن‌ها خوشه‌های ستاره‌ای جوان یعنی همان خوشه‌های باز فقط در صفحه کهکشان قرار دارند. در خصوص توزیع خوشه های کروی در خوشه های کهکشانی این مقاله را بخوانید.

اما صحبت در مورد باستانی بودن این خوشه‌هاست و سن بسیار زیادی که دارند؛ حتی در بعضی جاها تعبیر فسیل‌های کیهانی هم از این‌ها شده است! بنابراین قبل از آن باید در مورد سن عالم صحبت کنیم.

براساس مدل انفجار بزرگ یا مهبانگ که در واقع پذیرفته شده‌ترین مدل کیهان‌شناسی برای شناخت کل عالم هست، جهان در حدود ۱۳/۷ میلیارد سال پیش از یک گوی یا توده فوق العاده چگال و بسیار پرانرژی و داغ، بر اثر یک انفجار ایجاد شد و پس از آن در دوره‌های مختلف زمانی که بر اساس این مدل مشخص شده‌اند، منبسط شد و توسعه و گسترش پیدا کرد تا اکنون به جهان فعلی رسید. جهانی که اکنون در آن کهکشان‌ها، خوشه‌های کهکشانی و ابرخوشه‌های کهکشانی را مشاهده می‌کنیم. و در داخل کهکشان‌ها ستارگان و اجرام دیگر وجود دارند.

آموزش نجوم : خوشه های کروی

خوشه کروی NGC6749

به عنوان مثال طبق این مدل حدود ۱۰۰ ثانیه پس از مهبانگ، هسته اتم‌ها ایجاد شدند و هنگامی که سن عالم به یک میلیارد سالگی رسید شکل‌گیری ساختارهای بزرگ نظیر کهکشان‌ها و خوشه‌ها و ابرخوشه‌ها شروع شد. و پس از گذشت این ۱۳ میلیارد سال به وضعیت فعلی رسید.

نکته‌ای هست در مورد سن ستارگان: ستارگانی که ما شناسایی کرده‌ایم، سن و عمرهای مختلفی دارند. به عنوان مثال خورشید که یک ستاره کاملا معمولی و نزدیک‌ترین ستاره به ماست، عمری در حدود ۵ میلیارد سال دارد. و از ستارگان نسل دوم و حتی نسل‌های بعدی محسوب می‌شود. این یعنی در ابتدای تشکیل ساختارها، تعدادی ستاره شکل گرفتند، عموما ستاره‌های بزرگ. این ستاره‌های بزرگ خیلی سریع متحول شده، عمر اصلی‌شان را طی کردند و با انفجار‌های ابرنواختری و اتفاقات بعدی تبدیل شدند به سحابی‌های بعدی؛ و سپس ستارگان نسل‌های بعدی از این سحابی‌ها که غنی از عناصر سنگین بودند ایجاد شدند.

نکته دیگر، ستارگانی با عمر چند میلیارد سال باید مشابه خورشید باشند. زیرا ستارگانی که خیلی بزرگ‌تر از خورشیدند، عمر چند میلیون ساله دارند. اما تعداد ستاره‌های بسیار زیادی هم هستند (بیشتر از ستاره‌های مشابه خورشید) به نام کوتوله‌های قرمز و قهوه‌ای که این‌ها ستارگان کوچک یا ستارگان نارسی هستند که عمرهای خیلی طولانی در حدود چند ده میلیارد سال می‌توانند داشته باشند، چیزی بیش از سن عالم! منتها این‌ها ستارگان کوچکی هستند به رنگ‌های قرمز و نورانیت‌های کم.

اما شگفتی‌ای که در مورد سن خوشه‌های کروی کشف شده، این‌هست  که ستارگانی دارند بسیار پیر و با سن بالا. قبلا سن آن‌ها را چندین میلیارد سال تا حدود ۱۰ میلیارد سال تخمین زده بودند. ولی بر اساس تحقیقات جدیدی که توسط یک گروه ستاره‌شناس بین المللی انجام شده، نشان داده‌اند که خوشه‌های کروی عمری در حدود ۱۲ میلیارد سال و بیشتر دارند. این گروه منجم هدف‌شان بررسی روند تحول کهشکان‌ها و خوشه‌های کروی است و در رصدخانه کِک به کمک یکی از تلسکوپ‌های ۱۰ متری آن در موناکی هاوایی مشغول این رصدها هستند.

آموزش نجوم : تلسکوپ های دوقلوی کک در هاوایی

تلسکوپ‌های دوقلوی کک

در حقیقت تحقیقات آن‌ها نشان داد که خوشه‌های کروی در دو دوره زمانی تشکیل شده‌اند: یکی از آن‌ها ۱/۲ میلیارد سال و دوره بعدی ۲/۲ میلیارد سال پس از مهبانگ بوده‌ است. به عبارت دیگر آن‌ها سن‌های فوق العاده زیادی دارند و اجرام بسیار پیری هستند که به آن‌ها می‌توانیم بگوییم خوشه‌های باستانی کیهانی. خوشه‌های کروی توانسته‌اند دقیقا پس از دوره بازیونیزاسیون که یکی از مراحل فرآیند مدل مهبانگ هست، شکل گرفته و از آن جان سالم به در برند. چرا که اگر در آن دوره می‌خواستند شکل بگیرند عالم مملو از پرتوهای فرابنفش شده بود و این خوشه‌ها ساختارشان پاشیده می‌شد.

اکنون خوشه‌های کروی اجرامی هستند بسیار پایدار و سرسخت که در واقع برخلاف عالم و کهکشان‌های داخل آن، که دائما دچار تحول و دگرگونی در این مدت طولانی شده‌اند، توانسته‌اند ساختار خودشان را محکم و استوار حفظ کنند. و این نکته جالبی است که چگونه این اتفاق افتاده است.

از طرفی سوال مهمی که هست، در آن عصر یعنی در زمانی که ۱/۲ میلیارد تا ۲/۲ میلیارد سال از سن عالم می‌گذشته این خوشه‌ها در کجاها و چگونه شکل گرفته‌اند. این‌ها پرسش‌هایی است که باید برای جواب آن‌ها منتظر تحقیقات و نتایج جستجوی دانشمندان و اخترشناسان بمانیم تا در آینده نزدیک پرده از اسرار آن‌ها برایمان بردارند.

تهیه و تنظیم:

محمد همایونی