سن کهکشان راه شیری
سن کهکشان راه شیری بسیار زیاد است و تقریبا می‌توان گفت به اندازه خود جهان قدمت دارد. اما راه شیری از ابتدا شکل امروزی خود را نداشته است. بلکه با گذر زمان گسترش یافته و از طریق برخورد با کهکشان‌های دیگر، ستارگان آنها را به خود جذب کرده است و همچنین از گاز وارد شده به درون خود ستاره‌هایی را به وجود آورده است. دانشمندان در تلاشند نظریه‌ای ارائه کنند که نحوه تشکیل راه شیری را توجیه کند. دیدریک کروایسن (Diederik Kruijssen) (دانشگاه هایدلبرگ، آلمان و هاروارد) و همکارانش نیز تلاش کرده‌اند این موضوع را توجیه نمایند.
5 کهکشان بزرگ
به این ترتیب آنها برای پی بردن به این موضوع به بررسی خوشه‌های کروی پرداختند. این خوشه‌ها که انبوهی از ستارگان چگال را دربرگرفته‌اند و کهکشان‌های اقماری وجود دارند که به دور آنها می‌چرخند و می‌توانند راهنمای ما در بررسی نحوه تشکیل کهکشان راه شیری باشند. زیرا همان طور که گفته شد یکی از روش‌هایی که می‌تواند به ایجاد کهکشان ما کمک کرده باشد این است که کهکشان‌های اقماری دیگری جذب کهکشان راه شیری شده باشند. اکنون این کهکشان‌ها به شکل گسترده‌ای در بیرون از دیسک کهکشانی ما در هاله ستاره‌ای می‌چرخند ستاره‌شناسان حداقل 150 کهکشان اقماری می‌شناسند که به دور کهکشان ما در حال گردش هستند.
بسیاری از خوشه‌های کروی دقیقا همانجا که هستند به وجود آمده‌اند. اما مدار برخی از آنان نشان می‌دهد که این خوشه‌ها در جای دیگری به وجود آمده‌اند. این خوشه‌ها عناصری سنگین‌تر از هیدروژن و هلیوم یا همان عناصر فلزی را ندارند. این امر نشان دهنده این موضوع است که این خوشه‌ها در کهکشان‌های کوچکتری شکل گرفته‌اند.
تیم کروایسن برای درک اینکه این خوشه‌های کروی در کجا و در چه زمانی به وجود آمده‌اند از مجموعه شبیه‌سازی‌های کیهانی تحت عنوان E-MOSAICS استفاده کردند. این شبیه‌سازی‌ها نشان داد که تکامل کهکشان‌هایی همانند راه شیری به این صورت است که درهمین حین که کهکشان‌های کوچکتر را به خود جذب می‌کنند خوشه‌های کروی آنها را نیز در بر می‌گیرند.
به گفته کروایسن تشکیل کهکشان، فرآیند بسیار نامنظمی است که در آن مدارهای خوشه‌های کروی کاملا دستخوش تغییر می‌شود. به همین ترتیب برای درک این سیستم پیچیده تصمیم گرفتیم که از هوش مصنوعی استفاده کنیم.
کروایسن و همکاران یک شبکه عصبی مصنوعی ایجاد کردند و به آن آموختند که ویژگی‌های خوشه‌های کروی و کهکشان مادر آنها را با یکدیگر مرتبط سازد. نتیجه به دست آمده تاریخچه‌ای از مهم‌ترین ادغامهای کهکشانی را در اختیار ما قرار می‌دهد:
تاریخچه برخوردی کهکشان‌ها: این نمودار زمانی را نشان می‌دهد که 5 کهکشان اقماری متفاوت با یکدیگر برخورد کرده و تبدیلبه کهکشان راه شیری شدند. محور افقی نشان دهنده جرم ستاره بر حسب جرم خورشید و نمدار عمودی سمت چپ میزان انتقال به سرخ را نشان می‌دهد. همچنین در محور عمودی سمت راست مقدار زمانی را مشاهده می‌کنید که به گذشته بر می‌گردیم این میزان بر حسب گیگا سال محاسبه شده است
- ابتدا حدود 11 میلیارد سال پیش کهکشانی به نام «کراکن» (Kraken) با کهکشان ما برخورد کرد. اگرچه این کهکشان بزرگترین کهکشانی نبود که راه شیری با آن برخورد کرده است، اما مهم‌ترین جرمی بود که با توجه به جرم کهکشان ما در آن زمان به یکدیگر برخورد کرده بودند. این کهکشان حداقل 13 خوشه کروی را به کهکشان راه شیری هدیه داده است.
- یک میلیارد سال بعد کهکشان کوچکتری با راه شیری برخورد کرد که بقایای آن را به شکل مجموعه‌ای از ستارگان تحت عنوان هلمی استریم (Helmi stream) می‌شناسیم. این کهکشان با خود حداقل 5 خوشه کروی را با خود به همراه آورد.
- دو کهکشان کوچک دیگر در برخوردی سریع به کهکشان ما پیوستند که آنها را با نام سکویا (Sequoia) و گایا-انسلادوس (Gaia-Enceladus) می‌شناسیم و این دو کهکشان به ترتیب حداقل 3 و 20 خوشه کروی را با خود به همراه آوردند.
- آخرین برخورد نیز 7 میلیارد سال پیش اتفاق افتاد که مربوط به کهکشان کوتوله قوس (Sagittarius) بود. این کهکشان علاوه بر 7 خوشه کروی که با خود به همراه آورد بقایایی دارد که به شکل رشته‌ای حلقه‌ای از ستارگانی است که در نزدیک مدارهای قطبی به دور کهکشان ما می‌چرخند.
تصویری خیالی که دم کشندی ستارگانی (سفید) را نشان می‌دهد که از کهکشان کوتوله قوس (نارنجی) نشات گرفته و به دور کهکشان راه شیری می‌چرخند. دایره زرد روشن که در سمت راست مرکز کهکشان قرار گرفته است خورشید ماست (که از لحاظ مقیاس صحیح نیست). کهکشان قوس در آن سوی کهکشان نسبت به ما قرار گرفته است اما می‌توانیم دم‌های کشندی ستارگانی را در امتداد آسمان مشاهده کنیم که که به دور کهکشان ما می‌گردند.
پیش از این تصور می‌شد که گایا-انسلادوس بزرگترین برخوردی است که کهکشان ما تا به امروز داشته است. کروایسن در این باره می‌گوید: «ادغام با کراکن 11 میلیارد سال پیش اتفاق افتاد یعنی زمانی که کهکشان راه شیری چهار برابر کم جرم‌تر بود. در نتیجه برخورد با کراکن باید شکل ظاهری راه شیری در آن زمان را تغییر داده باشد».
البته ممکن است برخوردهای کهکشانی کوچکتر دیگری نیز صورت گرفته باشد که هیچ خوشه کروی با خود به همراه نیاورده‌اند. اما تحقیق کروایسن و همکاران در مورد این موضوع نبوده است.
همچنین آنها دریافتند اگرچه این برخوردهای کهکشانی مهم‌ترین اتفاقات در تاریخ کهکشان راه شیری را نشان می‌دهند، اما تنها حدود یک میلیارد ستاره را به کهکشان ما آورده‌اند. بیشتر ستارگان کهکشان ما درون خود کهکشان شکل گرفته‌اند.
معنی «متوسط» چیست؟
هلمر کپلمن (Helmer Koppelman) از موسسه مطالعات پیشرفته پرینستون در این تحقیق شرکت نداشت. اما آن را خلاصه‌ای شگفت‌انگیز ار تاریخچه ادغام راه شیری می‌داند.
این ویدیو یکی از شبیه‌سازی‌های E-MOSAICS است که تشکیل کهکشانی مانند راه شیری را نشان می‌دهد. سایه‌های خاکستری جدا شدن گاز و تشکیل ستاره‌ها و رسیدن به مرکز کهکشان را نشان می‌دهد. ستارگان تازه متولد شده با تابش‌های شدید و انفجارهای ابرنواختری خود جوششی درون گاز ایجاد می‌کنند. خوشه‌های کروی با نقاط رنگی نشان داده شده‌اند و رنگ این نقاط ترکیب شیمیایی این خوشه‌ها را نشان می‌دهد ( خوشه‌های آبی مقدار کمی از عناصر سنگین‌تر از هلیوم را دارا هستند).
این در حالی است که خوشه‌های قرمز مقادیر بالایی از این عناصر دارند). ادغام کهکشان مرکزی با کهکشان‌های اقماری کوچکتر با گذشت زمان تعداد زیادی خوشه کروی را وارد کهکشان ما کرد. سن، ترکیب شیمیایی و مدار این خوشه‌ها جرم کهکشان مادر آنها را در اختیار ما قرار می‌دهد. همچنین از روی این مدارها می‌توان به زمان ادغام آنها با راه شیری پی برد. همه این موارد در کنار هم سبب شد که بتوانیم به تاریخچه راه شیری پی ببریم.
با این حال برخی موارد هستند که باید در ذهن داشته باشیم. اول اینکه این مطالعه مبنی بر شبیه‌سازی کهکشان‌هایی است که به طور متوسط همانند کهکشان راه شیری هستند، اما به گفته کوپلمن ممکن است چنین کهکشانی که به طور متوسط شبیه کهکشان ماست وجود نداشته باشد. به عبارت دیگرهر کهکشان ویژگی‌های خاص خود را دارد.
نه تنها این شبیه‌سازی‌ها یک کهکشان به طور متوسط همانند راه شیری را در نظر می‌گیرند، بلکه جهان خاصی را نیز فرض می‌کنند. شبیه‌سازی‌های دیگر (که تعداد آنها هم کم نیست) ممکن است نتایج متفاوتی را در اختیار ما قرار دهند. کوپلمن می‌گوید: «تحقیقات آینده موافق یا مخالف تاریخ ادغام ارائه شده در این مقاله ممکن است به ما بگویند که شبیه‌سازی دقیق است یا خیر».
اگرچه هنوز باید در زمینه بازسازی تاریخچه کهکشان ما کارهای زیادی انجام شود، اما این مطالعه چارچوب منسجمی برای پژوهش‌های آتی فراهم کرده است.
منابع: Sky and Telescope
